基于DSP的四旋翼無人機(jī)驅(qū)動器的控制研究.pdf

1、四旋翼無人機(jī)具有體積小、重量輕、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單等特點，與傳統(tǒng)的單旋翼無人機(jī)相比，四旋翼無人機(jī)不需要尾槳來抵消反轉(zhuǎn)力矩，使得四旋翼無人機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、消耗小、安全性高，因此四旋翼無人機(jī)可以在窄小的空間內(nèi)飛行并且具有良好的機(jī)動性能?；谝陨咸攸c，四旋翼無人機(jī)具有廣泛軍用和民用價值。但是其本身所具有的模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易受環(huán)境影響等缺點制約了四旋翼無人機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，因此對四旋翼無人機(jī)的研究具有十分重要的意義。在四旋翼無人機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動器作為無

2、人機(jī)的動力裝置，直接決定著無人機(jī)的飛行效果。因此，本文針對四旋翼無人機(jī)的驅(qū)動器做了一系列研究，包括無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量、無刷電機(jī)的特性建模以及無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器設(shè)計等。
　　 四旋翼無人機(jī)采用無刷直流電機(jī)作為動力裝置。對無刷電機(jī)的特點和運動特性的分析，是建立在無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的基礎(chǔ)上，因此本文設(shè)計了兩種無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的方法：1).基于霍爾傳感器的無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速測量；2).基于端電壓頻率的無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速測量。兩種方法各有利弊，可根據(jù)

3、不同場合選用不同的方法測量無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速。
　　 本文設(shè)計了“PC機(jī)-數(shù)字信號處理器(DSP)-電子調(diào)速器-無刷電機(jī)-霍爾傳感器”的硬件裝置，利用此裝置采樣電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息，并使用MATLAB軟件和非線性回歸分析，建立了無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型，完成了無刷電機(jī)的特性建模。
　　 接下來本文設(shè)計了兩種控制器來實現(xiàn)對無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的實時控制，分別為開環(huán)控制器和閉環(huán)控制器?；跓o刷電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型，根據(jù)給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速和電源電壓，解算

4、出控制信號PWM波占空比，實現(xiàn)了對無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制；采用模糊控制結(jié)合專家系統(tǒng)參數(shù)自整定PID控制的方法，從而減小了無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的上升時間，提高了電機(jī)的響應(yīng)速度，實現(xiàn)了無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。
　　 最后，結(jié)合四旋翼無人機(jī)驅(qū)動器的實際應(yīng)用，本文設(shè)計了基于DSP的四旋翼無人機(jī)驅(qū)動電路，制作了相應(yīng)的印刷電路板，并使用印刷電路板完成了四個電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤慣性測量單元(IMU)給定信號的實驗，取得了較為理想的結(jié)果。實驗證明，本文設(shè)計