多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計【開題報告】

1、畢業(yè)設(shè)計開題報告畢業(yè)設(shè)計開題報告電氣工程與自動化電氣工程與自動化多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計一、選題的背景與意義多旋翼飛行器中最具代表性的就是四旋翼飛行器，對四旋翼的研究意義任重而道遠(yuǎn)。四旋翼飛行器實際上是一類安裝有四個螺旋槳的直升機(jī)，而且四個螺旋槳在平面上呈現(xiàn)十字交叉的結(jié)構(gòu)。四旋翼飛行器飛行的動作是通過控制和調(diào)節(jié)周邊四個螺旋槳產(chǎn)生的升力大小來實現(xiàn)的。目前傳統(tǒng)的旋翼式直升機(jī)一般通過改變它的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度、葉片的傾斜

2、角和葉片的輪列角，從而既能夠調(diào)整升力的大小，還可以調(diào)整升力的方向。但是與傳統(tǒng)的旋翼式直升機(jī)不同，四旋翼飛行器只可以通過改變四個螺旋槳的速度來實現(xiàn)各種飛行動作。雖然四旋翼飛行器的四個螺旋槳的傾斜角都是固定不變的，但是由于每個螺旋槳都是用彈性材料制做而成的，因而可以通過空氣阻力扭曲螺旋槳來改變傾斜角?？傊?，四旋翼飛行器的升力是四個螺旋槳速度的合成效果，而四旋翼飛行器的旋轉(zhuǎn)力矩則是由四個螺旋槳速度的差異引起的。直升機(jī)在他的發(fā)展歷程中巧妙使用總

3、距控制和周期變矩控制之前，經(jīng)典的四旋翼的結(jié)構(gòu)被公認(rèn)為是一種最簡單和直觀的穩(wěn)定控制方式。然而由于這種結(jié)構(gòu)形式必須同時協(xié)調(diào)地控制四個旋翼的運行狀態(tài)參數(shù)，對駕駛員的人為操縱來說是一件非常復(fù)雜的事，所以這種方案始終沒有能夠真正在大型直升機(jī)設(shè)計中被公眾采用。這里，四旋翼飛行器考慮采用這種結(jié)構(gòu)形式，主要是因為總距控制和周期變矩控制雖然精巧，控制靈活，但其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻使它無法輕易在小型四旋翼飛行器設(shè)計中應(yīng)用，所以很有研究開發(fā)的必要。另外，四旋翼飛

4、行器的旋翼工作效率相對較低，要想從單個旋翼上增加拉力是很有限的，所以采用多旋翼結(jié)構(gòu)形式毋庸置疑是一種提高四旋翼飛行器飛行時的負(fù)載能力的最有效的措施之一。針對四旋翼結(jié)構(gòu)存在的控制量較多的問題，可以通過設(shè)計合適的自動飛行控制系統(tǒng)去解決。四旋翼飛行器采用四個旋翼的直接動力源，旋翼對稱分布在飛行器的前、后、左、右的四個方向，并且四個旋翼處于空間的同一高度的水平面上，而且四個旋翼的結(jié)構(gòu)都相同，四個電機(jī)以對稱的形式安裝在飛行器的支架端，圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5、圖串口通信無線通信PC機(jī)單片機(jī)單片機(jī)傳感器電子調(diào)速器電機(jī)1控制核心：選擇了C8051F330，它有768字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM，有8KBFLASH，可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為512字節(jié)，作為高速8051微控制器內(nèi)核，使用流水線指令結(jié)構(gòu)，70%的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期，速度可達(dá)25MIPS（時鐘頻率為25MHz時），具有可擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，有17個端口IO，均耐壓5V和大灌電流，硬件增強(qiáng)型UART、SMBus和增強(qiáng)型SPI串口，有

6、4個通用16位計數(shù)器定時器，有16位可編程計數(shù)器定時器陣列（PCA），有3個捕捉比較模塊，使用PCA或定時器和外部時鐘源的實時時鐘方式，具有兩個內(nèi)部振蕩器：24.5MHz，可支持晶體UART操作；80402010KHz低頻率、低功耗振蕩器。支持在片調(diào)試：片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試（不需仿真器）；支持?jǐn)帱c、單步、觀察修改存儲器和寄存器；比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能；廉價而完整的開發(fā)套件。在設(shè)

7、計中，可以方便利用其內(nèi)部的定時器功能產(chǎn)生電子調(diào)速器所需的PWM控制信號。2無線模塊：選擇nRF24L01。此種無線通訊模塊工作在2.4GHz全球開放頻段，可以在1.9~3.6V低電壓情況下工作，內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制，有126頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要，最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，內(nèi)置2.4GHz天線，體積小巧。模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時菜會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接接

8、各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便，內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DCDC開關(guān)電源均有很好的通信效果，標(biāo)準(zhǔn)的DIP間距接口，便于嵌入式應(yīng)用，工作于EnhancedShockBurst具有Automaticpackethling，Autopackettransactionhling，具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率。3電機(jī)和電子調(diào)速器：選擇新西達(dá)2212電機(jī)和其專用的30A級電調(diào)。新西達(dá)2212電機(jī)為外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)。其電機(jī)有兩