四旋翼无人机自主飞行控制系统设计与开发

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1、学校代码：学号：分类号：密级：畚大硕士学位论文题目：四旋翼无人机自主飞行控制系统设计与开发作者：张靖指导教师：杜文才教授专业：电子与通信工程时间：二〇一五年五月QuadrotorUnmannedAerialVehicleAutonomousFlightControlSystemDesignandDevelopmentAThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementFortheMasterDegreeinEngineeringByZhangJingSupervisor:DuWen-caiMajor:Elect

2、ronicandCommunicationEngineeringSubmittedtime:May,2015海南大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导拜的指导下，独立进行研究工作所取得的成果》除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果《对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明》本声明的法律结果由本人承担《论文作者签名张妹眺螂年月曰学位论文叛扠使用授权说明本人完全了解海南大学关于收集、保存、使用学位论文的甥定，即：学校有权保留并向家有关部门或机构送交论

3、文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借簡本人授权海南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密论文在解密后守此规定。论文作者签名：张蚱导师签名日斯：年月日日期年月日本人已经认真阅读“高校学位论文全大数据库发布章程”同意将本人的学位论文提交“高校学位论文全文数据，屮全文发布，并可按“章程”中规定享受相关权益。同意论文提交后滞后口一年；□二年发布‘论文作者签名：爽域导师签名■年月日日期年摘要四旋翼无人机，是一种常见的旋翼飞行器，被广泛应用于军事侦察、实时监控和灾区救援等领域。为了进一步提高适

4、应复杂环境和执行多样任务的能力，其关键在于具备自主控制能力。然而是一个四输入六输出的欠驱动系统，具有多变量、非线性和强耦合特性，因此自主控制系统的设计与开发成为技术难点。针对该问题本文重点对的飞行姿态和运动轨迹自主控制问题进行研宄，釆用微处理器设计与开发了的自主控制系统，实现了其在室内或无卫星定位下的自主飞行。具体研宄成果如下：针对在室内飞行的空间定位问题，提出了一种基于视觉导航的空间位置估计算法，在给定的轨迹标识下，完成了对该标识的识别与跟踪。该算法利用机载摄像头釆集给定的标识图像信息，通过视频特征提取算法完成给定标识的左右边沿控制线的特征提取，并计算标识中心

5、线位置，通过判断中心线在图像中的位置估计出在实际环境中相对于给定标识的相对位置，从而完成了的飞行轨迹的空间定位。针对飞行姿态稳定控制问题，本文利用多传感器（主要包括：陀螺仪、加速度计和磁力计等）获得的实时姿态数据，通过互补滤波融合算法对获得的多传感器数据进行姿态融合，以降低稳态控制误差，提高了的姿态稳定控制能力。对的自主控制系统软件和硬件进行设计与开发，实现了的寻迹自主飞行。关键词：四旋翼无人机；轨迹信息识别；自主稳定控制；系统软硬件设计AbstractQuadrotorUnmannedAerialVehicle,QUAV，，、，，：目录舰课题来源论文研宄背景、

6、目的和意义室内自主飞行技术的国内外研宄现状主要研宄内容跑道轨迹的识别与跟踪飞行姿态数据融合解算自主控制系统设计论文组织结构四旋翼的飞行原理与数学建模四旋翼的飞行原理四旋翼的数学模型建立本章小结四旋翼的飞行控制系统设计飞行控制系统总体设计位置控制回路设计位置解算位置控制姿态控制回路设计姿态解算姿态控制本章小结四旋翼的硬件系统设计与实现硬件系统总体设计航姿测量系统硬件设计4.2.1航姿测量系统总体设计和器件选型主处理器电路设计摄像头模块电路设计姿态釆集与高度测距模块电路设计无线通信模块电路设计接口设计电源模块电路设计飞行控制系统硬件设计驱动电路设计采样电路设计硬件电

7、路设计动力系统本章总结四旋翼无人机软件系统设计与实现软件系统总体设计系统底层驱动程序设计实时操作系统移植—系统任务建立中断服务程序航姿测量系统程序设计飞行控制系统程序设计本章小结四旋翼无人机系统调试与实现飞行平台的搭建系统硬件测试系统软件测试6.3.1跑道轨迹特征提取调试气压计测距调试姿态测量系统调试飞行控制系统调试飞行测试本章总结总结与展望攻读硕士学位期间的研宄成果及参与的科研项目致谢海南大学硕士学位论文绪论课题来源本论文来源于国家国际科技合作专项项目“海上多智能体研宄”（资助部门：国家科学技术部，资助金额：万，编号：。该项目主要完成复杂海况下无人机自主控制系

8、统设计与开发。论文研究背