一種微小型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā).pdf

1、四旋翼飛行器作為旋翼式直升機(jī)的一種，在20世紀(jì)之初就有相關(guān)的研究存在，當(dāng)時是以大型實用的直升機(jī)作為目標(biāo)進(jìn)行研制的。近些年來，隨著新型材料、微機(jī)電、微慣導(dǎo)技術(shù)和飛行控制方法的發(fā)展，人們逐漸形成了對一類微小型四旋翼飛行器的研究熱潮。微小型四旋翼飛行器在軍事與民用方面都有著十分廣闊的應(yīng)用前景，軍事上主要用于敵情偵察、電子干擾與中繼通信;民用上主要用于監(jiān)控巡邏、探索搜救與航拍攝影。
　　本文針對微小型四旋翼飛行器，設(shè)計與開發(fā)一個完整的控制

2、系統(tǒng)，包括對系統(tǒng)的控制方法研究、軟硬件設(shè)計與開發(fā)，以及實現(xiàn)對近地面環(huán)境下的姿態(tài)控制與高度控制。
　　首先，從理論上進(jìn)行系統(tǒng)控制方法的研究。具體通過對飛行器的運動學(xué)和動力學(xué)分析，建立飛行器的動力學(xué)模型，再根據(jù)該動力學(xué)模型推導(dǎo)出狀態(tài)方程。分析系統(tǒng)模型，采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別基于PID和積分型Backstepping方法進(jìn)行姿態(tài)與位置控制器設(shè)計;
　　接著，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件平臺的設(shè)計。為滿足高運動控制要求，

3、選擇X86+AVR單片機(jī)的嵌入式控制平臺。在硬件平臺上提出三層機(jī)載控制的結(jié)構(gòu)，完成對電源、接口擴(kuò)展板、控制輸入輸出模塊、I2C總線通信、IMU慣性測量單元等相關(guān)模塊的設(shè)計;在軟件平臺上對相關(guān)傳感器的驅(qū)動、控制方法的實現(xiàn)以及控制器間通信等進(jìn)行程序編程及程序調(diào)試;
　　然后，對微小型四旋翼飛行器進(jìn)行相關(guān)的實驗研究。分別從仿真與實際實驗的角度對比了PID與積分型Backstepping方法的控制效果。從實驗的結(jié)果來看，積分型Backst