四轴飞行器的研究与设计

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1、分类号：单位代码：安工犬學论文题目：四轴飞行器的研究与设计作者姓名宫深专业名称控制科学与工程导师姓名郭家虎教授完成时间二—五年六月中图分类号：论学科分类号：密级：公开安黴理工大学硕士学位论文四轴飞行器的研究与设计作者姓名：宫琛专业名称：控制科学与工程研究方向：嵌入式系统导师姓名：郭家虎疆导师单位：电气与信息工程学院员会挪：韩学民论文答辩日期：年月日安徽大糊年月日ADissertationinControlTheoryandControlEngineeringTheResearchandDesignofQuadrotorCandidate:GongChenSupervisor:GuoJiah

2、uSchoolofElectricandInformationEngineeringAnHuiUniversityofScienceandTechnologyNo.168，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，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理工大学或其他教育机构的学位或证书而傕用过的材料。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：傻辨日期：年月曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽理工大学有倮留、使

3、用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：签字曰期年月导师签名奮责签字曰期年月曰目录摘要四轴飞行器从属于一种结构比较紧凑，且易于控制具有比较新颖飞行方式的灵活直降式飞行器，因为其起飞降落容易控制，所占空间较小，姿态保持能力较强等优点，在民用和军事方面受到极大的亲睐。四轴飞行器发展前景也较为

4、广阔。本课题分析了国际上与国内四轴飞行器的发展研究情况，介绍了目前主流的四轴飞行器，并给出具体设计到的技术理论知识。主要通过串级调节及无刷直流电机驱动技术，初步研究和设计了四轴飞行器的整体结构与飞控系统，并优化了姿态控制算法。在此基础上搭载通讯模块，研制出的样机不仅能够实现基本的飞行动作，同时还可以进行搭载摄像，进行实时视频监控。本文首先对四轴飞行器的结构特点以及工作原理进行研宄，结合课题目标与具体四轴飞行器飞行参数，对样机进行建模。通过四元数到欧拉角的转换，通过对四轴飞行器的具体参数并结合传递函数得到六个通道函数。引入相关控制量，采用经典位置式控制算法，结合进行飞行姿态仿真，并验证其飞行

5、的可靠性与稳定性。在飞行姿态测量方面采用三轴加速计和三轴陀螺仪共同完成，提供互补的参数完整的采集飞行器飞行过程中实时的姿态资料，并将这些数据传输给主控模块用于姿态解析，并通过卡尔曼滤波算法对传感器数据进行处理，并将这些数据进行姿态解算得到滚动角、俯仰角、偏航角来分析飞行器的实时姿态。针对飞行器工作过程中可能发生的故障（如止供电电压过高或过低、电机堵转、控制信号中断、电路故障等）提出了软硬件安全保护设计。软件平台采用了国内主导的开源系统。软件系统框架由上下位机两部分。下位机软件主要通过语言对微控制器进行编程。上位机软件主要通过编程实现。图表参关键词：四轴飞行器四元数飞行姿态分类号：安徽理工大

6、学硕士学位论文，目录安徽理工大学硕士学位论文目录摘要目录躲课题背景与意义国内外研宄历史与现状四轴飞行器的发展历史四轴飞行器的研宄现状本文研宄的主要内容四轴飞行器理论基础四轴飞行器概述与应用四轴飞行器的运动原理本章小结四轴飞行器的建模及控制飞行器的姿态确定四轴飞行器数据采集线程和数据处理线程的设定四元数法及其姿态解算的算法实现四元数流程卡尔曼滤波算法的实现串级算法分析算法原理增量式算法位置式算法仿真分析本章小结硬件电路设计电源模块姿态测量模块飞行姿态测量高度测量模块Contents4.2.3地理坐标测量模块遥控模块主控模块电机驱动模块本章小结系统软件设计下位机软件设计初始化程序的设计数字滤波

7、器的设计数据融合与姿态解算姿态解算的实现控制调节上位机软件设计本章小结系统测试与分析飞行器整体结构调试问题与解决方案本章小结总结与展望参考文献作者简介ContentsContentsAbstractinChineseIAbstractinEnglishH1Introductioa11.1IssueBacl^tound...?112HistjcayandPresentsitualioa.212.1Develepmentof