一種微小型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設計與開發(fā).pdf

1、四旋翼飛行器作為旋翼式直升機的一種，在20世紀之初就有相關的研究存在，當時是以大型實用的直升機作為目標進行研制的。近些年來，隨著新型材料、微機電、微慣導技術和飛行控制方法的發(fā)展，人們逐漸形成了對一類微小型四旋翼飛行器的研究熱潮。微小型四旋翼飛行器在軍事與民用方面都有著十分廣闊的應用前景，軍事上主要用于敵情偵察、電子干擾與中繼通信;民用上主要用于監(jiān)控巡邏、探索搜救與航拍攝影。
　　本文針對微小型四旋翼飛行器，設計與開發(fā)一個完整的控制

2、系統(tǒng)，包括對系統(tǒng)的控制方法研究、軟硬件設計與開發(fā)，以及實現(xiàn)對近地面環(huán)境下的姿態(tài)控制與高度控制。
　　首先，從理論上進行系統(tǒng)控制方法的研究。具體通過對飛行器的運動學和動力學分析，建立飛行器的動力學模型，再根據該動力學模型推導出狀態(tài)方程。分析系統(tǒng)模型，采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結構，分別基于PID和積分型Backstepping方法進行姿態(tài)與位置控制器設計;
　　接著，根據設計目標，對控制系統(tǒng)進行軟硬件平臺的設計。為滿足高運動控制要求，

3、選擇X86+AVR單片機的嵌入式控制平臺。在硬件平臺上提出三層機載控制的結構，完成對電源、接口擴展板、控制輸入輸出模塊、I2C總線通信、IMU慣性測量單元等相關模塊的設計;在軟件平臺上對相關傳感器的驅動、控制方法的實現(xiàn)以及控制器間通信等進行程序編程及程序調試;
　　然后，對微小型四旋翼飛行器進行相關的實驗研究。分別從仿真與實際實驗的角度對比了PID與積分型Backstepping方法的控制效果。從實驗的結果來看，積分型Backst