一種自主飛行四旋翼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、當(dāng)煤礦井下發(fā)生災(zāi)害性爆炸事故之后，很可能引發(fā)二次爆炸等事故，環(huán)境存在高危險(xiǎn)性。針對(duì)煤礦救援中所遇到的探測(cè)未知危險(xiǎn)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自主飛行四旋翼系統(tǒng)，以提高煤礦救援的有效性。自主飛行四旋翼結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，在操縱性和機(jī)械機(jī)構(gòu)方面具有很多潛在的優(yōu)勢(shì)。因此，設(shè)計(jì)在煤礦井下自主飛行四旋翼能方便有效地對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行探測(cè)。
　　本文針對(duì)小型自主飛行四旋翼直升機(jī)，以AVR單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了自主飛行四旋翼直升機(jī)控制器的硬件和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了四

2、旋翼的平穩(wěn)飛行。首先，本文依據(jù)目標(biāo)對(duì)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、硬件和軟件進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。按功能將控制系統(tǒng)劃分成電源模塊、主控制器模塊、電調(diào)推進(jìn)組模塊、姿態(tài)傳感器模塊、狀態(tài)信息傳輸模塊和遙控模塊六個(gè)獨(dú)立模塊。并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)和印制PCB板，然后對(duì)四旋翼飛行器各個(gè)模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。
　　本文設(shè)計(jì)基于四元數(shù)法的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。為了克服慣性導(dǎo)航中陀螺儀傳感器漂移現(xiàn)象，本文使用三軸加速度計(jì)與陀螺儀傳感器進(jìn)行融合，使得四旋翼在飛行控制當(dāng)中得到

3、更為理想的飛行狀態(tài)角度值。姿態(tài)控制是飛行控制的核心問(wèn)題，四旋翼無(wú)人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)特殊性決定了其控制器設(shè)計(jì)的特殊性：自主飛行四旋翼直升機(jī)是通過(guò)四個(gè)螺旋槳實(shí)現(xiàn)對(duì)六個(gè)被控制量的進(jìn)行控制，可見(jiàn)是一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)PID控制器進(jìn)行姿態(tài)控制。系統(tǒng)飛行實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自主飛行四旋翼使用PID控制器可以得到良好的姿態(tài)控制效果，驗(yàn)證了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的飛行平穩(wěn)性。
　　同時(shí)，四旋翼飛行器在飛行試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，得到飛行控制量與飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)于飛行器的研究