浅析微型无人直升机飞行控制系统研究与设计

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1、南京理工大学硕士学位论文微型无人直升机飞行控制系统研究与设计姓名：孔维刚申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈庆伟20060615南京理工大学硕士学位论文微型无人直升机飞行控制系统研究与设计摘要微型无人直升机在军用和民用方面都有广泛的应用价值，成为国内外很多研究机构的研究对象。而微型无人直升机飞行控制系统是微型无人直升机至关重要的组成部分，它决定着微型无人直升机的各种飞行性能，因此迫切需要加强该领域的研究工作。建立完善的微型无人直升机飞行控制系统平台，将有助于我们进一步拓展对微型无人直升机飞行导航、控制算法和控制系统开发等方面的研究。首先，本文以模

2、型直升机为研究对象，进行了微型无人直升机飞行控制系统的总体设计；接着进行了飞行控制系统的软硬件设计，包括系统硬件选型、硬件电路设计、各主要功能模块的软件设计，并做了大量的调试工作，解决了调试中遇到的各种问题；然后，对使用的捷联式惯性导航系统中的姿态矩阵及捷联姿态算法——四元数法进行了讨论，针对陀螺测姿存在的漂移问题设计了姿态角互补滤波器，给出了实验结果。为了提高测量精度，研究了微机械惯性传感器的确定性误差补偿方法；最后，研究了航向闭环控制方法，初步实现了航向稳定和控制。关键词：微型无人直升机，飞行控制系统，捷联式惯性导航，四元数，互补滤波器Abstract硕士论文

3、Autonomousminiaturehelicopters，whichhavebeenusedasthestudyobjectofmanyinstitutionsallovertheworld，alecomprehensivelyappliedbothinmilitaryandcivilianareas．Flightcontrolsystemofanautonomousminiaturehelicopterisveryimportant，anditdeterminesvariousflightperformances．Thereforemuchresearchw

4、orkisneededforflightcontrolsystem．一Developeaperfectflightcontrolsystemplatformforautonomousmilliaturehelicoptersishelpfultoflightnavigationresearch，controlalgorithmdesign，andcontrolsystemdevelopment．Inthispaper,thewholedesignofflightcontrolsystemisfirstlyintroduced．Thenhardwareandsoft

5、warearedesigned，includinghardwareselection，hardwaredesignandsoftwaredesignofdominatingfunctionmodule．Greatdealofdebuggingworkiscarriedout．Variousproblemsencounteredaresolvedintheprocessofdebug百ng．Afterthat，attitudematrixandStrap—downattitudearithmetic—quatemionusedinStrap—downInertial

6、NavigationSystem(SINS)arediscussed．Asdriftisexistintheattitudemeasurebasedongyros，complementaryfilterisdesignedandexperimentresultsaregivan．Toincreasetheprecisionofmeasurement，theerrorofMEMSsensorisanalyzedandeffectivecalibrationmethodisdiscussed．Lastly,headingcontrollawisdesigned，and

7、headingcontrolisrealized．Keywords：autonomousminiaturehelicopter，flightcontrolsystem，SINS，quatemioncomplementaryfilterⅡ声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：弛缝!堂)h。‘年f月阽日学位论文使用授权声明南京理工大

8、学有权保存