超小型旋翼机自主着陆中的姿态保持控制系统研究

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1、上海大学硕士学位论文超小型旋翼机自主着陆中的姿态保持控制系统研究姓名：唐文申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：罗均20080101上海大学硕十学位论文THEPOSTGRADUp汀ETHESISOFSHANGHAIUNIVERSITY摘要无人飞行器在现代军事和民用方面得到了越来越广泛的应用，引起了世界各国学者的关注和研究。起飞和着陆是无人机飞行过程中的两个复杂阶段，也是无人机研制的关键技术之一，因而超小型旋翼机自主着陆控制系统的设计显得非常重要，是实现超小型旋翼机完全自主飞行的决定因素之一。为了实现兀人机的自主着

2、陆，本文以超小型无人旋翼机作为低空飞行平台对其自主着陆控制系统进行了一系列的探讨与研究。首先为了更好地了解控制对象的运动机理和物理结构，根据能量守恒和动量定理对直升机的自主着陆的动态模型进行了定性的分析，研究了无人旋翼机所产生的旋翼升力与诱导速度的关系，并给出了其数值推导算法：同时，为了实现无人机的最优着陆，设计了无人机自主着陆的降落轨迹，为无人机的自主着陆的位置控制提供了参考依据；其次介绍了无人机机载传感器模块，并采用卡尔曼滤波数据融合方法，实现了对无人机姿态角的估计，提高了传感器的精度；硬件设计上利用USB主控制芯片

3、，扩展一个移动U盘的外部存储区，通过外接一个U盘作为无人机飞控系统的数据采集模块，更好地实现了对无人机飞行数据的离线分析；为了实现超小型旋翼机的自主着陆，在总体控制策略上采取内环姿态控制和外环位置控制相结合的策略；最后本文主要针对无人机自主着陆中的姿态控制，选取TI公司的DSP控制芯片作为系统的主芯片，采用传统的PID控制算法，建立了无人机的硬件和软件系统，并采用MATLAB／Simulink软件对其控制算法进行了仿真。关键词：旋翼机自主着陆卡尔曼滤波PIDMATLAB／Simulink上海大学硕士学位论文THEPOST

4、GRADUATETHESISOFSHANGHAIUNIVERSI丁YABSTRACTSubminiatureUnmannedAerialVehicle(SUAV)hasabroadapplicationinthemodernmilitaryandthecivilareainrecentyears，SOitreceivesmoreandmoreattentionsfi'omthescholarsintheworld．Thedesignforauto—landingsystemisveryimportantasitisake

5、ypointtorealizethecompleteautoflight．Inordertoachieveauto-landingoftheunmannedaerialvehicle，aseriesofquestionsaboutthecontrolsystemareresearchedinthispaper．Firstbasedontheprincipleofenergyconversationandmomentumtheoryweanalyzethedynamicmodelofunmannedaerialvehicl

6、eatauto—landing，studytherelationshipbetweentheinducedvelocityandliftforceanddeducethecatcutationmethodforthem；Meantimedesignalandingorbitforthehelicopterinordertorealizetheoptimizelandingandofferabasisforthepositioncontrolofthehelicopter’Sauto-landingsystem；Weint

7、roducethesensormoduleofthehelicopter,whichwillestimatetheattitudeandpositionofthehelicopter；AlsoitmakesuseofaUSBmain-controlchiptoextendaexternalstorage，realizingthefunctionofoffiineflyingdataanalyzeofhelicopter；Onthecontrolstrategywecombinetheattitudecontrolinin

8、nercircleandpositioncontrolinoutercircle．Lastaimingattheattitudecontrollingofthehelicopterinauto-landing，wechooseaDSPcontrolchipofTIcompanyasthesystem’Scorechi