四旋翼飞行器运动控制系统的设计与实现

《四旋翼飞行器运动控制系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10532学号S12093036分类号TP273密级公开硕士学位论文四旋翼飞行器运动控制系统的设计与实现学位申请人姓名林文建培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称黎福海教授学科专业电子科学与技术研究方向嵌入式系统及应用论文提交日期2015年4月10日学校代号：10532学号：S12093036密级：公开湖南大学硕士学位论文四旋翼飞行器运动控制系统的设计与实现学位申请人姓名：林文建导师姓名及职称：黎福海教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：电子科学与技术论文提交日期：2015年4月10日论文答辩日期：2015年5月20日答辩委

2、员会主席：刘宏立教授DesignandImplementationofControlSystemforAQuadrotorUnmannedAerialVehiclebyLINWenjianB.E.(HunanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinElectronicScienceandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversi

3、tySupervisorProfessorLIFuhaiApri,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进斤研究所取得的研究成果。除了文中特别化标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研充做出重要贡１。献的个人和集体，均己在文中＾＾明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后巧由本人承担。：作者签名：日期扔／年ｙ巧日学位论女版权使用授巧书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关

4、部口或化构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可Ｗ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ｙ■采用影印缩印或扫描等复制手段保巧和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在解密后话用本授权书。年２、不保密囚。请在＂小抖上相应义框内打（）如＾作者签名：Ｈ期：八咬年广月日导师签名日期：如ｒ年ｒ月＾田四旋翼飞行器运动控制系统的设计与实现摘要四旋翼飞行器具有四个对称分布的螺旋桨，是一种结构简单、控制灵活、能够垂直起降的无人飞行器，具有广阔的军事和民用前景。四旋翼

5、飞行器也是一个多学科融合的综合体，为机器人领域提供了良好的实现平台，在机器人智能控制、惯性导航、路径规划、三维场景重构和多机协同等领域具有较高科研价值。本文针对四旋翼飞行器的运动控制系统开展了研究工作，首先介绍了四旋翼飞行器的发展情况，阐述了四旋翼飞行器的研究背景和意义，分析了国内外对于四旋翼飞行器的研究现状与发展趋势。针对四旋翼飞行器的结构特点，分析了四旋翼飞行器的飞行原理，描述了飞行器的基本运动方式；阐述了飞行器的姿态描述方法，包括坐标系的建立并比较了欧拉角法、方向余弦法、四元数法的优缺点；建立了四旋翼飞行器动力学模型。之后进行了四旋

6、翼飞行器控制系统总体设计，给出了四旋翼飞行器控制系统结构图，对主控制器、姿态获取模块、电机驱动、无线通信模块进行了分析与设计。根据总体设计要求，完成控制系统硬件设计：对核心元器件进行选型，主控制器使用飞思卡尔公司基于ARMCortex-M4内核的Kinetis系列芯片MK64FN1M0VLQ12，惯性导航微传感器使用Invensense公司的MPU6050，并给出了电源电路、无刷电机驱动、主控制器模块以及惯性导航微传感器的电路设计，绘制了PCB电路板。根据四旋翼飞行器的动力学模型，使用单级及串级PID控制算法对飞行器进行位置及姿态控制，利

7、用MATLAB/SIMULINK仿真工具对控制算法进行仿真分析，仿真结果表明串级PID姿态控制算法在轨迹跟踪精度和姿态角的稳定性能方面都具有较大的优势。根据嵌入式系统软件的特点要求，给出了系统软件的总体结构框图，分别对系统初始化、姿态信息获取、控制算法实现进行了分析与软件设计，并给出了各模块的软件流程图。最后进行了系统测试与分析。包括各模块软硬件测试，对飞行器样机进行静态数据采集测试与分析，同时进行动态飞行测试，验证了系统设计的可行性以及系统工作的稳定性和可靠性。关键词：四旋翼飞行器；控制系统；动力学模型；Kinetis；串级PID控制。

8、II硕士学位论文AbstractQuadrotor,alsocalledfour-rotoraircraft,hasfoursymmetricpropeller,whichisakindofs