微型四旋翼無人機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、微小型多旋翼無人機在軍事、民用和科技領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。旋翼無人機具有體積小、質(zhì)量輕、無人駕駛、可垂直起降和定點懸停、操作性好等優(yōu)勢。無人機飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計是實現(xiàn)無人機自主飛行的關(guān)鍵與核心，飛行控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣直接決定了旋翼無人機的飛行性能及其完成任務(wù)的情況。因此研制適合多旋翼無人機的輕型化、低成本、低功耗的飛行控制系統(tǒng)具有重要的理論價值和工程應(yīng)用價值。
　　本文選取微型四旋翼無人機（Micro-4-rotor，M4R

2、）為研究對象和平臺。在分析其結(jié)構(gòu)形式及工作原理的基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計相應(yīng)的控制策略，通過仿真分析驗證其控制策略的可行性；針對M4R對載荷、成本、功耗、體積等方面的要求，系統(tǒng)地給出了該飛行控制系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計方案，根據(jù)模塊化思想進行了飛行控制計算機、傳感器模塊、電源模塊、執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊、遙控?zé)o線鏈路、通訊無線鏈路以及其飛行控制地面站等模塊的設(shè)計和實現(xiàn)；應(yīng)用Allan方差分析方法、FFT變換法分析傳感器原始數(shù)據(jù)，設(shè)計實現(xiàn)了基于

3、四元數(shù)的Kalman濾波姿態(tài)融合算法和互補濾波姿態(tài)融合算法的姿態(tài)參考系統(tǒng)，并對兩種算法的效果進行比較分析；分析并結(jié)合M4R飛行控制系統(tǒng)性能要求，給出了M4R飛行控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計思想及包含軟件總體設(shè)計與系統(tǒng)初始化、傳感器模塊、信號輸入輸出模塊、軌跡控制回路模塊的軟件實現(xiàn)流程；定義了相關(guān)數(shù)據(jù)通信協(xié)議，并設(shè)計了基于Qt的飛行控制地面站，以實時獲取飛行數(shù)據(jù)；最后搭建相應(yīng)測試平臺，進行M4R姿態(tài)參考系統(tǒng)及飛行控制地面站軟件測試，并通過地面飛行實