四轴飞行器控制系统设计

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1、全日制工程硕士硕士学位论文论文题目：四轴飞行器控制系统设计作者姓名孔维宁指导教师南余荣教授学科专业控制工程所在学院信息工程学院提交日期2015年11月8日浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中己经加标注引用的内容外，本论文不包含其它个人或集体己经发表或撰写过的研巧成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。＾作者签名：ｍＭ日期；年／＾

2、月义２日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使巧学位论文的规定，同意学校保留。本并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查飼和借阅人授权浙江工业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，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于年解密后适用本授权书。１、保密□，在２＾不保密巧＾＂＂请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）（？；月八日作者签名：日期从ｒ年，２‘导师签名日期：和／）年＾月日浙江工业大学硕士学位论文四轴飞行器控制系统设计作者姓名：孔维

3、宁指导教师：南余荣教授浙江工业大学信息工程学院2015年11月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterDesignofQuadrotorAircraftControlSystemCandidate:KongWeiningAdvisor:Pro.NanyurongCollegeofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyNov2015浙江工业大学硕士学位论文四轴飞行器控制系统设计摘要四轴飞行器是

4、一种性能卓越的无人飞行器，具有结构简单、机动灵活、起降空间小等优点，有着广阔的应用前景，吸引了众多的科研人员，成为国内外新的研究热点。飞行控制系统是四轴飞行器的核心部分，飞行器通过控制系统和外界交互并作出响应，控制系统的优劣直接决定着飞行器的性能，因此研究高性能飞行器控制系统具有十分重要的意义。本文主要工作如下，建立飞行器数学模型，设计算法进行飞行姿态融合和飞行器控制，最后设计完成飞行器硬件和软件部分并进行实际飞行测试。本文重点介绍飞行器控制系统的设计，主要研究能容如下：首先介绍了四轴飞行器国内外的发展情况，根据实际科研情况和飞行器特点，给出了飞行器控制系统的

5、整体方案。其次为理论部分设计，主要包括：建立飞行器数学模型，根据模型特点，分别设计了PID，串级PID和Backstepping控制器，并进行仿真分析；根据惯性导航原理，设计姿态算法将陀螺仪和加速度计数据融合得到飞行器的姿态角度。最后为系统实现以及飞行测试。本文以STM32处理器为控制核心，MPU6050为姿态传感器，设计了飞行器的硬件结构；依据理论部分，完成了控制系统软件部分设计，并测试飞行。实验表明，本文设计的飞行器可以很好地跟随指令，飞行平稳，有很好的抗干扰能力。关键词：四轴飞行器，飞行控制，backstepping，姿态控制i浙江工业大学硕士学位论文D

6、ESIGNOFQUADROTORAIRCRAFTCONTROLSYSTEMABSTRACTThequadrotoraircraftisakindofunmannedaerialvehiclewithexcellentperformance,ithastheadvantagesofsimplestructure,flexible,smalllandingspaceandsoon,whichhasbeenwidelyusedinvariousindustriesinrecentyearsthatattractsmanyresearchersandbecomesth

7、enewhottopicsathomeandabroad.Flightcontrolsystemisthecentralpartoftheaircraft,whichenablingaircrafttocommunicatewithoutsideanddotherightactions.Therefore,thedevelopmentoftheflightcontrolsystemisveryimportant.Inthispaper,theflightprincipleofthequadrotorisstudiedandthemathematicalmode

8、loftheaircraftisest