四旋翼飛行器設(shè)計及其姿態(tài)控制.pdf

1、近年來，隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，四旋翼飛行器(Quadrotor Helicopter)的研究與設(shè)計成為了一個研究熱點。四旋翼飛行器屬于旋翼式飛行器中的一種，其體積小、結(jié)構(gòu)簡單。通過其四個旋翼的協(xié)調(diào)配合可以對其飛行姿態(tài)和飛行速度進行較為精確的控制，從而不需要一些其它復(fù)雜的槳矩控制部件。四旋翼飛行器無論在民用還是軍用方面上都有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本課題首先對四旋翼飛行器的姿態(tài)傳感器在飛行控制中的作用進行了介紹，分析了其工作原理及

2、硬件的組成。本課題通過對姿態(tài)傳感器進行空間建模和分析以及對卡爾曼濾波器的應(yīng)用，有效的將陀螺儀與加速度計的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行了融合，得到了較為準(zhǔn)確的姿態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了無論是在動態(tài)還是在靜態(tài)的條件下都可以有效跟蹤的目標(biāo)。
　　接著本課題對四旋翼飛行器進行了力學(xué)上的分析，討論了單個旋翼產(chǎn)生的升力和四個旋翼所具有的飛行控制上的特點，并從理論上對四旋翼飛行器的升力、力矩、角度之間的關(guān)系上進行了說明。這些力學(xué)上的分析，為四旋翼飛行器的設(shè)計和飛行控制方

3、案提供了基礎(chǔ)。
　　本課題接著又對四旋翼飛行器的軟硬件進行了設(shè)計。硬件上先后采用了C8051F040和TMS320F28335為處理芯片來設(shè)計飛行控制板，采用PWM方式或者I2C方式發(fā)送控制命令對直流無刷電機進行驅(qū)動。在軟件上，對四旋翼飛行器的飛行控制系統(tǒng)的主循環(huán)進行了規(guī)劃；對姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)的采集與解算進行了程序上的實現(xiàn)；設(shè)計了分段式PID控制器用來對飛行器姿態(tài)進行控制。
　　最后本課題設(shè)計了姿態(tài)傳感器測量效果的檢測實驗，驗