隨著微機電技術(shù)的發(fā)展以及科學研究和生產(chǎn)生活的需要,多旋翼飛行器在農(nóng)業(yè)植保、搶險救援、空間探測、航拍娛樂等領(lǐng)域得到廣泛應用。多旋翼飛行器的姿態(tài)測量與控制策略是實現(xiàn)其穩(wěn)定與安全飛行的基礎(chǔ)。本文圍繞多旋翼飛行器的姿態(tài)測量和飛行控制方法展開研究。本文首先搭建多旋翼飛行器實驗平臺,為姿態(tài)信息融合和控制方法研究提供實驗平臺和理論依據(jù)。建立多旋翼飛行器六自由度非線性控制模型以及執(zhí)行器模型,論證了多旋翼飛行器系統(tǒng)具有非線性、強耦合、參數(shù)不確定等特點�；趹T性傳感器姿態(tài)解算原理,利用無依托標定方法對實驗平臺所用慣性傳感器進行標定。根據(jù)姿態(tài)融合系統(tǒng)非線性狀態(tài)模型,采用無跡卡爾曼濾波解決了模型線性化問題,采用加速度計與GPS進行水平位置信息融合估計,引入超聲波傳感器和氣壓計組合測量實現(xiàn)高度信息融合。其次,通過多旋翼飛行器系統(tǒng)模型線性化處理,將多旋翼動態(tài)模型解耦為水平位移、高度、姿態(tài)三個線性模型。對多旋翼系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可控性進行分析,針對實際飛行中出現(xiàn)大角度情況,提出了一種加保方向飽和函數(shù)的改進型PID控制方法,避免控制器飽和而發(fā)生失控事故。最后,在充分考慮多旋翼飛行器的參數(shù)不確定性以及外部干擾情況下,采用滑... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

論文組結(jié)構(gòu)圖

本文的研究對象為小型多旋翼飛行器,主要應用于民用領(lǐng)域,而民用級飛控系統(tǒng)開發(fā),追求的是滿足一定可靠性的條件下盡可能降低成本,因此大多采用低成本、較高可靠性的集成芯片。目前各大開源飛控及大疆、零度、極飛等多旋翼廠商都有較成熟的飛控模塊,但這些模塊集成度高,核心算法不開源�；谝陨戏治�,為了采集多旋翼原始測量數(shù)據(jù)進行算法驗證,實驗室首先搭建了低成本四旋翼樣機平臺,如圖2-1所示。四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)如下:主要由主控模塊,包括數(shù)字信號處理系統(tǒng)、測量傳感器等;動力系統(tǒng),包括無刷電機及電調(diào)、螺旋槳;機架、無線傳輸模塊及保護裝置組成。綜合考慮飛行器整體性能及經(jīng)濟因素合理選擇各模塊芯片。

為了更好滿足主控板、各種傳感器模塊及外設的安裝要求,合理優(yōu)化空間設計,根據(jù)各電路原理,設計制作主板電路PCB,如圖2-2所示:動力部分主要考慮飛行器的供電和負載要求,選用獅子3S鋰電池,容量4200mah,額定電壓11.1V,重量303克,可以方便的搭載在F450機架上。無刷電機選用了郎宇公司的SunnySky X2212,選用好盈天行者SkyWalker-40A線性穩(wěn)壓電調(diào)。

【參考文獻】：
期刊論文
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[10]四旋翼飛行器自適應動態(tài)面軌跡跟蹤控制[J]. 王寧,王永,余明裕.  控制理論與應用. 2017(09)

博士論文
[1]新型多旋翼無人機的低成本組合導航與穩(wěn)定控制[D]. 裴信彪.中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所) 2018

碩士論文
[1]基于嵌入式的四旋翼飛行器姿態(tài)控制設計[D]. 趙世榮.中北大學 2016
[2]農(nóng)藥噴灑多旋翼無人機避障設計與實現(xiàn)[D]. 李曉琳.東北大學 2016



本文編號：2985082