四旋翼飞行器飞行控制系统的设计与实现

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1、９９１０６９７分类号；ＴＰ３学校代码：密级；公开学号：２０１２２０９６０鮮，巧馨ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｊ欄ｗｍ／ＳＭ資囉；慣破±亨恆巧交ＭＡＳ＇ＴＥＲＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ四旋翼飞行器飞行控制系统的设计与实现片－气ｆｉＶ１学科义称：计算机系统结构作者：段湘伟指导老师：申卫葛卓＇西北大学学位评定委员会二〇—五年六月ＭＡ＇ＳＴＥＲＳＤＥＧＲＥＥＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮＤｅｓｉｎａｎｄ

2、Ｉｍｌｅｍｅｎ化ｔｉｏｎｏｆＴｈｅｕａｄｒｏ化ｒｇｐＱＦｌｉｇｈｔＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓ化ｍＳｕｂｅｃｔＮａｍｅ：ＣｏｍｕｔｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｊｐＡｕｔｈｏｒ－ｗｄ：ＤｕａｎＸｉａｎｇＳｕｅｒｖ－ｐｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＳｈｅｎＷｄｃｈａｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａ村〇田ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ’ａｎ７Ｘｉ１００６９ＰＪＲ．Ｃｈｉｎａ，，ＪＴｕｉｉｅ２０１５

3、，西北大学学位论文知识产巧声明书本人完全了解西北大学关于收集。、保存、使用学位论文的规定学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。至爲学位论文作者签名：指导教师答名：申—

4、＇切＞〇５年＾月八曰ＷＳ年＾月／曰西北大学学位论文独创性声明本人声明；所呈交的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。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：１０校年＾月／口日摘要小型四旋翼飞行器是一种多旋翼式无人飞行器，其具有结构

5、简单、起飞与着陆需要的空间小，，对大障碍环境具有较高机动性的特点优势非常适合在室内城区等近地面环境Ｗ及较危险的环境下执行侦察监视任务，被广泛的应用于军事和民用领域中，受到人们极大的关注和研究。本课题Ｗ小型四旋翼飞行器为研究对象，首先根据四旋翼飞行器的结构権架特点，把四旋翼飞行器分为飞行控制系统、执行系统和传感器系统，根据每个系统的结构和将点选择相适合的硬件，搭建好四旋翼飞行器的硬件平台。然后根据四旋翼飞行器的结构及其飞行原理进行分析，建立了惯性坐标系和机体坐标系，，结合

6、两者之间的关系得出Ｔ坐标系的转换根据牛顿第二定律及力矩平衡原理建，对模型进行了简化立了飞行器的动力学模型和运动学模型，在合理的假定情况下。，，其次针对四旋翼飞行器姿态解算问题本课题对比了常见欧拉角法和方向余弦法，一选用四元数法对姿态解算，基于互补滤波器算法设计出种优化的姿态求解器，该方法将陀螺仪传感器、加速度传感器和数字罗盘的数据进行颤合分析，实现了四旋冀飞行器姿态的快速准确解算。）最后根据四旋翼飞行器的动力学模型，采用ＰＨ控制算法，设计四旋翼飞行器的姿态控制系统、高度控制

7、系统和加速度控制系统，并通过仿真验证了控制系统满足设计的需要。ＩＤ关键词；四旋翼飞行器，动力学模型，姿态解算，互补滤波器，Ｐ控制ＩＡｂｓｔｒａｃｔ－ｗｈｕａｄｒｏｔｏｒｓａｍｕｔｏｔｏｒｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｖｅｈｃｅｉｃｈｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｅｓｏｆｓｉｍｌｅｉｌｉｒｌｉｌＱ，ｇｐｓｔｔａ－ｓｍａＩｔｅｔｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉａｎｄｃａｎｋｅｏｆｆａｎｄｌａｎｄｉｎ呂ｉｎｌｌｓａｃｅ．

8、ｉｓｖｒｆｉ，ｙｐｙｅｍｎｒｅｃｏｎｎａ－ｆｂｒｐｒｆｏｒｉｇｉｓｓａｎｃｅｔａｓｋｉ打ｔｈｅ打ｅａｒＥａｒｔｈｅ打ｖｉｒｏｎｉｎｅｎｔｓｓｕｃｈａｓｉｎｄｏｏｒ，ｕｒｂａｎｅ打ｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｒｄａ打ｅｒｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｈａｖｉｎｂｒｏａｄａｌｉｃａｔｉｏ打ｒｏｓｅｃｔｉｎｍｉｌｉｔａｒａｎｄｇ，ｇｐｐｐｐｙ＊ｃ．ｔｔｔ．ｉｖｉｌｆｉｅｌｄｓｕａｄｒｏ化ｒｈａｓｂｅｅ