通用微小型無人機(jī)平衡儀設(shè)計(jì).pdf

1、無人機(jī)相對有人駕駛飛機(jī)，具有成本低廉、機(jī)動(dòng)靈活、無人員傷亡、戰(zhàn)場生存率高等特點(diǎn)，可代替有人駕駛飛機(jī)完成工作重復(fù)性高、工作環(huán)境惡劣和安全保障低的任務(wù)，在國內(nèi)外軍用和民用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。微小型無人機(jī)相對于大型無人機(jī)在尺寸、重量和成本上具有不可比擬的優(yōu)勢，近年來逐漸成為國內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)。
　　微小型無人機(jī)的核心技術(shù)為配套飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及到傳感器技術(shù)、數(shù)字信號處理、導(dǎo)航技術(shù)、自動(dòng)控制以及模式識別等領(lǐng)域。目前主流飛行控制系

2、統(tǒng)多針對某特定飛行器平臺設(shè)計(jì)，針對性強(qiáng)，通用性差，限制了微小型無人機(jī)進(jìn)一步的發(fā)展。微小型無人機(jī)受限于機(jī)體空間和自身載荷能力，對平衡儀的體積和重量有苛刻要求。
　　本文結(jié)合微小型無人機(jī)的特點(diǎn)，針對其使用需求，為微小型無人機(jī)設(shè)計(jì)了一款通用平衡儀，適用于多旋翼無人機(jī)和固定翼無人機(jī)，具有小型化和低成本的特點(diǎn)，且調(diào)參方式靈活，可應(yīng)用于多種無人機(jī)平臺。論文的主要工作為：
　　第一，介紹了課題的背景與意義，概述了微小型無人機(jī)及其飛控的研究

3、現(xiàn)狀，給出了論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排。
　　第二，針對平衡儀功能需求，介紹了本文使用的姿態(tài)角、坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換關(guān)系。歸納并對比了常用的姿態(tài)測量算法，在此基礎(chǔ)上選擇了應(yīng)用最廣泛的四元數(shù)法。
　　第三，為滿足通用性需求，選用PID算法作為姿態(tài)控制算法，提出了角速度增穩(wěn)和串級姿態(tài)增穩(wěn)兩種控制律，并在X-Plane軟件中對姿態(tài)控制算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　第四，針對選定的姿態(tài)測量算法和控制算法，本文提出了一種嵌入式平臺平衡儀方

4、案，在硬件的性能和成本間做了權(quán)衡。設(shè)計(jì)了ARM平臺平衡儀的硬件和軟件，并提供PC端和手機(jī)端調(diào)參軟件。
　　第五，為解決算法和運(yùn)算能力的矛盾，提出了軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思路，設(shè)計(jì)了一種FPGA+ARM架構(gòu)的飛行控制器，給出了一種FPGA平臺平衡儀快速開發(fā)方案，為多任務(wù)飛行控制器做了預(yù)研。
　　最后，進(jìn)行了長達(dá)6個(gè)月的實(shí)際飛行測試，飛行效果表明，本文設(shè)計(jì)的平衡儀具有良好的控制穩(wěn)定性，并且適用于多旋翼和固定翼布局下的多種無人機(jī)，具有較