【摘要】：結(jié)構(gòu)簡單、體積微小的四軸飛行器在現(xiàn)代軍事、民用領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。作為一種小型的無人飛行器,四軸飛行器是由多項(xiàng)前沿技術(shù)成果共同催生的一款技術(shù)含量較高的飛行工具。本文主要對四軸飛行器的姿態(tài)解算算法以及自動循跡功能這兩方面進(jìn)行了相關(guān)研究。在姿態(tài)解算算法上研究了傳統(tǒng)的互補(bǔ)濾波算法,并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)型算法。傳統(tǒng)的互補(bǔ)濾波算法實(shí)現(xiàn)了多傳感器的數(shù)據(jù)融合,補(bǔ)償了陀螺儀的積分誤差,且有運(yùn)算量小的優(yōu)點(diǎn)。但是也具有數(shù)據(jù)波動大等缺陷。針對數(shù)據(jù)波動較大的問題引入微分環(huán)節(jié),提出了四元數(shù)PID改進(jìn)型互補(bǔ)濾波算法,以PID控制器的反饋來抑制數(shù)據(jù)波動。實(shí)驗(yàn)證明該算法繼承了互補(bǔ)濾波算法運(yùn)算量小的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)降低了因數(shù)據(jù)波動產(chǎn)生的誤差,能在更短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定,有效的跟蹤四軸的飛行姿態(tài)。四軸飛行器的自動循跡功能的研究是對智能四軸飛行器研究的一種嘗試,本文以Android系統(tǒng)與OpenCV庫為圖像處理平臺實(shí)現(xiàn)自動循跡功能的圖像處理環(huán)節(jié)。主要研究了通過圖像二值化以及膨脹腐蝕運(yùn)算對圖像進(jìn)行前期處理,運(yùn)用Canny算法提取出質(zhì)量高、干擾少的邊緣圖像。采用霍夫直線檢測算法提取道路邊線,通過保留四條邊線的方法,研究并實(shí)現(xiàn)了不同邊線情況下的中間線擬合算法。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析了各個(gè)算法的參數(shù)對最終中間線擬合結(jié)果的影響,確定了合適的參數(shù),獲得了較為理想的處理效果。
【圖文】：

第二章四軸的飛行原理與硬件設(shè)計(jì)逡逑圖２．１上升飛行逡逑假設(shè)四軸沿ｘ軸飛行為前后飛行，飛行的原理圖如圖２．２所示。要改變運(yùn)動狀態(tài)就逡逑要施加相應(yīng)的力，四軸前后的平移運(yùn)動，需要有水平方向的力作為動力。降低電機(jī)１的逡逑旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)提高電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度，由于１、３電機(jī)提供的力不平衡使得四軸向前逡逑傾斜，從而獲得了水平向前的力的使得飛行器具有了前進(jìn)的驅(qū)動力；提高電機(jī)１的旋轉(zhuǎn)逡逑速度，同時(shí)降低電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度則使四軸向后水平運(yùn)動。需要注意的是，１、３號電機(jī)逡逑旋轉(zhuǎn)速度的改變量需要相等，在這個(gè)過程中２、４號電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度維持不變，這樣才逡逑能避免四軸因?yàn)榕ぞ氐牟煌l(fā)生自旋。逡逑圖２．２前后飛行逡逑假設(shè)沿ｙ軸方向的飛行為左右方向的平移飛行，與前后飛行的原理相同，需要四軸逡逑獲得左右水平方向的力。提高４號電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，降低２號電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，維持１、逡逑７逡逑

第二章四軸的飛行原理與硬件設(shè)計(jì)逡逑圖２．１上升飛行逡逑假設(shè)四軸沿ｘ軸飛行為前后飛行，飛行的原理圖如圖２．２所示。要改變運(yùn)動狀態(tài)就逡逑要施加相應(yīng)的力，四軸前后的平移運(yùn)動，需要有水平方向的力作為動力。降低電機(jī)１的逡逑旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)提高電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度，，由于１、３電機(jī)提供的力不平衡使得四軸向前逡逑傾斜，從而獲得了水平向前的力的使得飛行器具有了前進(jìn)的驅(qū)動力；提高電機(jī)１的旋轉(zhuǎn)逡逑速度，同時(shí)降低電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度則使四軸向后水平運(yùn)動。需要注意的是，１、３號電機(jī)逡逑旋轉(zhuǎn)速度的改變量需要相等，在這個(gè)過程中２、４號電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度維持不變，這樣才逡逑能避免四軸因?yàn)榕ぞ氐牟煌l(fā)生自旋。逡逑圖２．２前后飛行逡逑假設(shè)沿ｙ軸方向的飛行為左右方向的平移飛行，與前后飛行的原理相同，需要四軸逡逑獲得左右水平方向的力。提高４號電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279

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本文編號：2702015