基于linux的四旋翼飞行器飞行控制系统研究

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1、硕士学位论文基于Linux的四旋翼飞行器飞行控制系统研究研究生姓名：张洋导师姓名：马敏教授2015年5月5日分类号：V429.122密级：公开UDC：621.3学号：1202052中国民航大学硕士学位论文基于Linux的四旋翼飞行器飞行控制系统研究研究生姓名：张洋导师姓名：马敏教授申请学位类别：工学硕士学科专业名称：检测技术与自动化装置所在院系：航空自动化学院论文答辩日期：2015-5-52015年5月5日ResearchofforrotoraircraftflightcontrolsystembasedonLinuxADisserta

2、tionSubmittedtoCivilAviationUniversityofChinaFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYZHANGYangSupervisedbyProf.MAMinCollegeofAeronauticalAutomationCivilAviationUniversityofChinaMay5th2015摘要四旋翼飞行器以其简单的机体结构、优越的悬停和低速性能、灵活方便的操控方法等优势，使其成为无人飞行器领域新的研究热点。传统的四旋翼飞行器控制系统控制精度低、鲁棒性差，本

3、课题针对这一问题从硬件和软件两个方面对飞行控制系统做出改进。硬件方面：主控模块选用基于ARM9架构的S3C2440处理器作为控制芯片，并且构建交叉编译环境，裁剪移植Linux操作系统内核，制作YAFFS文件系统；传感器模块选用高精度、高集成度的加速度计、陀螺仪和数字罗盘为姿态解算算法提供数据。主控芯片强大的运算能力和Linux系统较低的资源占用率保证了硬件平台的运行效率。软件方面：针对传统增量式PID控制算法无法自整定参数的问题，提出了自适应单神经元PID控制算法。根据四旋翼飞行器控制特性的变化，自适应地整定控制参数，提高了控制器的精度

4、，并通过设定阈值保证了控制算法的鲁棒性。另外，根据Linux系统多线程机制，将复杂的的飞行控制程序分解为多任务形式实现，提高了飞行控制系统的运行效率，保证了算法的实时性。在四旋翼飞行器动力学建模基础上，对控制算法进行仿真实验，并在搭建的硬件平台上进行飞行测试，实验结果表明，本文设计的基于Linux的飞行控制程序在保证实时性的前提下，提高了飞行控制的精度，同时增强了四旋翼飞行器控制的鲁棒性。关键词：四旋翼；飞行控制；建模；Linux；自适应；PIDIAbstractWithmanyadvantagessuchassimplebodystr

5、ucture,superiorhoveringandlow-speedcharacteristics,convenientandflexiblemanipulationmethod,Four-rotoraircrafthavebecomingthenewhotspotareasinunmannedspacecraftdomain.Inordertosolvethelowcontrolaccuracyandpoorofrobustnessontheflightcontrolsystemoftraditionalfour-rotorairc

6、raft,bothhardwareplatformsandsoftwareplatformsareimprovedinthispaper.TheprocessorS3C2440whichisbasedonthearchitectureofARM9ischosenascontrolchipofmastercontrolmodule,andcross-compilerenvironmentisbuilt,andLinuxoperatingsystemkerneliscroppedandtransplanted,andaYAFFSfilesy

7、stemisproduced;Thedataisprovidedforattitudealgorithmbyaccelerometer,gyroscopeanddigitalcompassassenormodule,whichishighlyprecisionandintegrated.ThepowerfuloperationabilityofmastercontrolchipandthelowresourceutilizationofLinuxensuretheefficiencyofhardwareplatform.Tosolvet

8、heproblemthatlackofself-tuningabilityintraditionalincrementalPIDcontrolalgorithm,adaptivesingleneuronPI