基于數(shù)字信號處理器(DSP)的四旋翼無人機(jī)自主控制系統(tǒng)研究.pdf

1、四旋翼無人機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能卓越的垂直起降式飛行器,具有操作性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、靈活性高的優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的軍事和民用前景。它是一個(gè)具有四個(gè)輸入、六個(gè)輸出的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),同時(shí)還是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、靜不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)。盡管與固定翼無人機(jī)相比,四旋翼無人機(jī)的控制更加復(fù)雜,技術(shù)水平還不夠成熟,但它憑借自身擁有的優(yōu)勢,吸引了國內(nèi)外廣大研究人員的高度關(guān)注,成為了當(dāng)今世界多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展研究的熱點(diǎn)課題之一。
　　本文將四旋翼無人機(jī)作為研究對象,基

2、于數(shù)字信號處理器(DSP),設(shè)計(jì)了一套四旋翼無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,完成了相關(guān)軟硬件的設(shè)計(jì)和調(diào)試,進(jìn)行了自主飛行控制算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究。主要完成的研究工作包括:微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)、傳感器數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)、自主飛行控制設(shè)計(jì)等。最終實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)自主懸?？刂?包括滾轉(zhuǎn)角、俯仰角、偏航角和高度共四個(gè)自由度的自動(dòng)控制。本文主要進(jìn)行了以下三個(gè)方面的研究:
　　首先,根據(jù)四旋翼無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)的整

3、體架構(gòu),完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),包括元器件選型、硬件電路設(shè)計(jì)、接口通信設(shè)計(jì)等,并進(jìn)行了大量的調(diào)試,解決了硬件和程序設(shè)計(jì)中存在的問題。
　　其次,通過實(shí)驗(yàn)的方法測量得到了四旋翼無人機(jī)的升力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù),為控制算法提供了模型參數(shù),并設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器的開環(huán)控制方法。基于四旋翼無人機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)模型,經(jīng)過反饋線性化后將六自由度系統(tǒng)被分解為兩個(gè)線性子系統(tǒng),分為內(nèi)環(huán)姿態(tài)子系統(tǒng)和外環(huán)位置子系統(tǒng),兩者由一個(gè)非線性耦合項(xiàng)連接。針對內(nèi)外環(huán)子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)