基于NImyRIO的四旋翼飛行器的設(shè)計與研究.pdf

1、四旋翼作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降獨特的無人機飛行器，在軍事、民用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如執(zhí)行地形偵察任務(wù)，協(xié)助醫(yī)療搜救，尋找災(zāi)源等。但四旋翼飛行器的研究開發(fā)通常復(fù)雜困難且成本較高難以實現(xiàn)，所以大部分項目通常在軍方和高校進行。在此背景下，本課題將四旋翼飛行器作為研究對象，主要圍繞基于卡爾曼濾波方法的數(shù)據(jù)融合和飛行控制這兩個關(guān)鍵問題進行討論。
　　根據(jù)硬件系統(tǒng)設(shè)計方案，選用由 NI公司開發(fā)集成了雙核ARM Cortex-A9處理器的NI m

2、yRIO-1900作為主控制器，選用高集成度MPU-6050傳感器芯片實時采集飛行姿態(tài)角數(shù)據(jù)，并結(jié)合卡爾曼濾波方法將采集的加速度信號和角速度信號進行融合處理。
　　本課題涉及的基本原理包括動力學(xué)建模和控制理論。首先分析四旋翼飛行器動力學(xué)理論后建立了歐拉角方程模型，根據(jù)飛行系統(tǒng)的動力學(xué)模型選用經(jīng)典PID作為主要控制算法設(shè)計了姿態(tài)控制器。PID控制器的輸入信號為經(jīng)卡爾曼濾波器進行姿態(tài)解算后的角度數(shù)據(jù)，PID控制器的輸出信號通過調(diào)節(jié)PW

3、M信號的占空比實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速控制，最終實現(xiàn)對飛行器的姿態(tài)控制。
　　基于軟硬件設(shè)計時的模塊化思路，用LabVIEW圖形化語言編寫通信、濾波、控制、驅(qū)動等模塊算法程序。然后進行了大量軟硬件調(diào)試和基礎(chǔ)功能測試，驗證了本課題所設(shè)計的飛行器的各個模塊均能正常工作，搭建的硬件平臺具有一定可靠性；進行仿真實驗，驗證所設(shè)計的姿態(tài)估計算法和控制算法的有效性。經(jīng)過實際飛行驗證，基于卡爾曼濾波算法設(shè)計的PID控制器基本滿足系統(tǒng)要求，本次設(shè)計初步完成