六旋翼无人机控制系统设计与实现

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1、中图分类号：TP273/TP277论文编号：102870315-S187学科分类号：081105硕士学位论文六旋翼无人机控制系统设计与实现研究生姓名王世勇学科、专业导航、制导与控制研究方向飞行控制技术指导教师杨忠教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringDesignandImplementationoftheFlightControlSystemofHexa-coptersAThesisinNavig

2、ation,GuidanceandControlbyWangShiyongAdvisedbyProf.YangZhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容

3、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，MEMS技术和计算机技术的进步，极大地促进了多旋翼无人机飞行控制技术的发展。多旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、具备容错潜力、负载能力强等特点，应用前景广阔。本文以六旋翼无人机为研究对象，开发一套功能完善、性能稳定、具有一定容错能力的飞行控制系统。1）设计了六旋翼无人机控制系统硬件平台。分析了国内外几种常见飞行控制系统，结合六旋翼无人机飞行控制系统特点，提出了六旋翼无人机控制系统硬件设计要求和性能指标。依据设计要求和性

4、能指标，对飞行控制系统进行模块划分，完成了系统硬件设计与调试。2）针对六旋翼无人机的运动特性，采用巴特沃斯和切比雪夫低通滤波器对传感器数据进行滤波处理，研究了传感器数据校正方法，设计了互补滤波和扩展卡尔曼滤波姿态解算算法。通过对比实验和飞行测试对姿态解算算法进行了性能验证，为后期六旋翼无人机控制奠定了良好基础。3）建立了六旋翼无人机动力学和运动学模型，并分别采用PID和Integral-Backstepping（IB）算法计了无人机姿态回路和位置回路控制律。通过Matlab验证了两种算法的有效性，并在此基础上对IB控制进行了容错仿真验证。4）设计了六旋翼无人机飞行控制系统软件，并通过大量实际

5、飞行测试，验证了控制系统的基本功能和性能。关键词：六旋翼无人机，姿态解算，Integral-Backstepping，低通滤波I六旋翼无人机控制系统设计与实现ABSTRACTInrecentyears,theadvancementofMEMStechnologyandcomputertechnologyhasgreatlypromotedthedevelopmentofflightcontroltechnologyofmultirotorUAV(UnmannedAerialVehicle).ThemultirotorUAVhasseveralcharacterssuchashighsyste

6、msecurity,highreliability,abilityoffaulttolerance,andstrongloadcapability,thereforeithasabrightapplicationprospect.Inthispaper,wedevelopasetofflightcontrolsystemwithperfectfunctions,stableperformanceandabilityoffaulttolerancebasedonHexa-copters.1）TheHexa-copter’scontrolsystemhardwareplatformisdesig

7、ned.Severalflightcontrolsystemsathomeandaboardareanalyzed.ThehardwarerequirementsandperformancetargetsoftheflightcontrolsystemareproposedonconsiderationofthecharacteristicsofHexa-copters.Wedividetheflightco