四旋翼飛行器設(shè)計(jì)及其姿態(tài)控制.pdf

1、近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，四旋翼飛行器(Quadrotor Helicopter)的研究與設(shè)計(jì)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。四旋翼飛行器屬于旋翼式飛行器中的一種，其體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。通過(guò)其四個(gè)旋翼的協(xié)調(diào)配合可以對(duì)其飛行姿態(tài)和飛行速度進(jìn)行較為精確的控制，從而不需要一些其它復(fù)雜的槳矩控制部件。四旋翼飛行器無(wú)論在民用還是軍用方面上都有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本課題首先對(duì)四旋翼飛行器的姿態(tài)傳感器在飛行控制中的作用進(jìn)行了介紹，分析了其工作原理及

2、硬件的組成。本課題通過(guò)對(duì)姿態(tài)傳感器進(jìn)行空間建模和分析以及對(duì)卡爾曼濾波器的應(yīng)用，有效的將陀螺儀與加速度計(jì)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了融合，得到了較為準(zhǔn)確的姿態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)論是在動(dòng)態(tài)還是在靜態(tài)的條件下都可以有效跟蹤的目標(biāo)。
　　接著本課題對(duì)四旋翼飛行器進(jìn)行了力學(xué)上的分析，討論了單個(gè)旋翼產(chǎn)生的升力和四個(gè)旋翼所具有的飛行控制上的特點(diǎn)，并從理論上對(duì)四旋翼飛行器的升力、力矩、角度之間的關(guān)系上進(jìn)行了說(shuō)明。這些力學(xué)上的分析，為四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)和飛行控制方

3、案提供了基礎(chǔ)。
　　本課題接著又對(duì)四旋翼飛行器的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。硬件上先后采用了C8051F040和TMS320F28335為處理芯片來(lái)設(shè)計(jì)飛行控制板，采用PWM方式或者I2C方式發(fā)送控制命令對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在軟件上，對(duì)四旋翼飛行器的飛行控制系統(tǒng)的主循環(huán)進(jìn)行了規(guī)劃；對(duì)姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)的采集與解算進(jìn)行了程序上的實(shí)現(xiàn)；設(shè)計(jì)了分段式PID控制器用來(lái)對(duì)飛行器姿態(tài)進(jìn)行控制。
　　最后本課題設(shè)計(jì)了姿態(tài)傳感器測(cè)量效果的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)