本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼無人機(jī)(Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle, QUAV)是一種常見的旋翼飛行器,被廣泛應(yīng)用于軍事偵察、實(shí)時(shí)監(jiān)控和災(zāi)區(qū)救援等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步提高QUAV適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境和執(zhí)行多樣任務(wù)的能力,其關(guān)鍵在于具備自主控制能力。然而QUAV是一個(gè)四輸入六輸出的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),具有多變量、非線性和強(qiáng)耦合特性,因此自主控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)成為技術(shù)難點(diǎn)。針對(duì)該問題本文重點(diǎn)對(duì)QUAV的飛行姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡自主控制問題進(jìn)行研究,采用STM32微處理器設(shè)計(jì)與開發(fā)了QUAV的自主控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了其在室內(nèi)或無衛(wèi)星定位下的自主飛行。 具體研究成果如下： (1)針對(duì)QUAV在室內(nèi)飛行的空間定位問題,提出了一種基于視覺導(dǎo)航的空間位置估計(jì)算法,在給定的軌跡標(biāo)識(shí)下,完成了對(duì)該標(biāo)識(shí)的識(shí)別與跟蹤。該算法利用機(jī)載攝像頭采集給定的標(biāo)識(shí)圖像信息,通過視頻特征提取算法完成給定標(biāo)識(shí)的左右邊沿控制線的特征提取,并計(jì)算標(biāo)識(shí)中心線位置,通過判斷中心線在圖像中的位置估計(jì)出QUAV在實(shí)際環(huán)境中相對(duì)于給定標(biāo)識(shí)的相對(duì)位置,從而完成了QUAV的飛行軌跡的空間定位。 (2)針對(duì)QUAV飛行姿態(tài)穩(wěn)定控制問題,本文利用多傳感器(主要包括：陀螺儀、加速度計(jì)和磁力計(jì)等)獲得QUAV的實(shí)時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù),通過互補(bǔ)濾波融合算法對(duì)獲得的多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)融合,以降低穩(wěn)態(tài)控制誤差,提高了QUAV的姿態(tài)穩(wěn)定控制能力。 (3)對(duì)QUAV的自主控制系統(tǒng)軟件和硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā),實(shí)現(xiàn)了QUAV的尋跡自主飛行。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無人機(jī) 軌跡信息識(shí)別 自主穩(wěn)定控制 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題來源9
• 1.2 論文研究背景、目的和意義9-10
• 1.3 室內(nèi)自主飛行技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.4 主要研究內(nèi)容12-13
• 1.4.1 跑道軌跡的識(shí)別與跟蹤13
• 1.4.2 飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)融合解算13
• 1.4.3 自主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)13
• 1.5 論文組織結(jié)構(gòu)13-15
• 2 四旋翼的飛行原理與數(shù)學(xué)建模15-19
• 2.1 四旋翼的飛行原理15-16
• 2.2 四旋翼的數(shù)學(xué)模型建立16-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 3 四旋翼的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)19-30
• 3.1 飛行控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)19-20
• 3.2 位置控制回路設(shè)計(jì)20-27
• 3.2.1 位置解算21-26
• 3.2.2 位置控制26-27
• 3.3 姿態(tài)控制回路設(shè)計(jì)27-29
• 3.3.1 姿態(tài)解算27-28
• 3.3.2 姿態(tài)控制28-29
• 3.4 本章小結(jié)29-30
• 4 四旋翼的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)30-42
• 4.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)30-31
• 4.2 航姿測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)31-38
• 4.2.1 航姿測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和器件選型31-32
• 4.2.2 主處理器電路設(shè)計(jì)32-34
• 4.2.3 攝像頭模塊電路設(shè)計(jì)34-35
• 4.2.4 姿態(tài)采集與高度測(cè)距模塊電路設(shè)計(jì)35-36
• 4.2.5 無線通信模塊電路設(shè)計(jì)36-37
• 4.2.6 SDIO接口設(shè)計(jì)37-38
• 4.2.7 電源模塊電路設(shè)計(jì)38
• 4.3 飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)38-41
• 4.3.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)39-40
• 4.3.2 A/D采樣電路設(shè)計(jì)40-41
• 4.3.3 E2PROM硬件電路設(shè)計(jì)41
• 4.4 動(dòng)力系統(tǒng)41
• 4.5 本章總結(jié)41-42
• 5 四旋翼無人機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)42-48
• 5.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42
• 5.2 系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)42-43
• 5.3 μC/OS-Ⅲ實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植43-45
• 5.3.1 μC/OS-Ⅲ系統(tǒng)任務(wù)建立44
• 5.3.2 中斷服務(wù)程序44-45
• 5.4 航姿測(cè)量系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)45-46
• 5.5 飛行控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)46-47
• 5.6 本章小結(jié)47-48
• 6 四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)現(xiàn)48-54
• 6.1 飛行平臺(tái)的搭建48
• 6.2 系統(tǒng)硬件測(cè)試48-49
• 6.3 系統(tǒng)軟件測(cè)試49-52
• 6.3.1 跑道軌跡特征提取調(diào)試49
• 6.3.2 氣壓計(jì)測(cè)距調(diào)試49-50
• 6.3.3 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試50-51
• 6.3.4 飛行控制系統(tǒng)調(diào)試51-52
• 6.4 飛行測(cè)試52-53
• 6.5 本章總結(jié)53-54
• 總結(jié)與展望54-55
• 參考文獻(xiàn)55-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果及參與的科研項(xiàng)目57-58
• 致謝58

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：308623