一種自主飛行四旋翼系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、當煤礦井下發(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)境存在高危險性。針對煤礦救援中所遇到的探測未知危險問題，本文設(shè)計并實現(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)具有對稱性，在操縱性和機械機構(gòu)方面具有很多潛在的優(yōu)勢。因此，設(shè)計在煤礦井下自主飛行四旋翼能方便有效地對井下環(huán)境進行探測。
　　本文針對小型自主飛行四旋翼直升機，以AVR單片機為核心，設(shè)計了自主飛行四旋翼直升機控制器的硬件和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了四

2、旋翼的平穩(wěn)飛行。首先，本文依據(jù)目標對控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、硬件和軟件進行整體設(shè)計。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獨立模塊。并對各個模塊進行硬件電路設(shè)計和印制PCB板，然后對四旋翼飛行器各個模塊進行軟件設(shè)計。
　　本文設(shè)計基于四元數(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與陀螺儀傳感器進行融合，使得四旋翼在飛行控制當中得到

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題，四旋翼無人直升機的結(jié)構(gòu)特殊性決定了其控制器設(shè)計的特殊性：自主飛行四旋翼直升機是通過四個螺旋槳實現(xiàn)對六個被控制量的進行控制，可見是一個欠驅(qū)動系統(tǒng)。本文設(shè)計PID控制器進行姿態(tài)控制。系統(tǒng)飛行實驗結(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，驗證了控制系統(tǒng)設(shè)計的飛行平穩(wěn)性。
　　同時，四旋翼飛行器在飛行試驗過程當中，得到飛行控制量與飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)對于飛行器的研究