六旋翼无人机的设计

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1、摘要六旋翼无人机是一种具有可垂直起降能力的小型无人飞行器，它通过上下共轴放置的三组共六个电机提供升力，通过改变旋翼转速来调整姿态，通过调整姿态进一步实现位置控制，具有悬停性能优异、移动灵活、机械结构紧凑、零部件可靠性高等优点。论文首先对六旋翼无人飞行器的调姿原理进行了介绍，分析了其飞行姿态的调整方式。并建立了六旋翼无人机的数学模型，根据实际情况对其数学模型进行了必要的简化。接着，论文完成了对于六旋翼无人机控制系统硬件平台的组建，组建了高精度的传感器系统，并完成了飞行控制器硬件的设计与实现，完成了硬件调试工作以及驱动的编写工作。然后，论文建立了六旋翼无人机的完整控制系统，其中包含位置控制部分、

2、高度控制部分以及姿态控制部分，建立了一套完整的对姿态传感器进行机械防震与数字滤波的方法；提出了一种新颖的气压计、超声波传感器和加速度计的融合方法，通过实验验证了滤波效果；提出了一种优化的拉力分配方法使得控制系统的可靠性得到增强。接着，论文设计实现了飞行控制软件的主要功能，从技术层面上对于实时性与可靠性进行了大幅的提升。最后，论文通过悬停试验验证了姿态控制器的控制精度；通过抗干扰能力试验验证了姿态控制器的稳定性；通过信号跟踪试验验证了姿态控制器的跟踪性能；通过高度控制实验验证了高度控制器的控制性能；通过视频跟踪实验验证了六旋翼无人机整体控制架构的合理性与有效性。关键词：六旋翼无人机；PID；多

3、环路控制；数据融合VI哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）AbstractHex-rotorisonekindofsmallunmannedaerialvehicles(SUAV)whichhavetheabilityofverticaltake-offandlanding(VTOL）.Itgetsthrustbycontrollingsixrotorswithpropellerswhicharedividedinto3groupsofcoaxialrotors.Itsattitudeiscontrolledbyregulatingthespinningspeedoftherotorswhic

4、hinturnmakesitspositioncontrollable.Thehex-rotorhasmultipleadvantagessuchastheabilityofverticaltake-offandlanding,goodmobilityandhighreliability.Therefore,thehex-rotorhasbroadapplicationprospectsandenormousvalueofresearch.Firstly,theflyingprinciplewasdividedintofourmainmodesofmotionandanalyzedsepar

5、ately.Thedynamicmodelofthehex-rotorSUAVwasdeducedwithsomenecessarysimplifications.Then,thecontrolsystemhardwarewasbuiltusinghigh-precisionsensors.Theworkofdebuggingthehardwareandprogrammingthedriverswasalsodone.Inthefollowing,themaincontrolschemewasproposedwhichcomposedofthreemaincontrollers:positi

6、oncontroller,heightcontrollerandattitudecontroller.Acompletesolutiontoreducethenoiseinthegyroscopeandaccelerometercausedbyvibrationwasproposedincludingmechanicalanti-vibrationmethodandadigitalfiltercalledalpha-betafilter.Anewmethodoffusingthedatafromultrasonicsensor,barometerandaccelerometerwasprop

7、osedinthepaper.Experimentwasconductedtoprovetheeffectivenessofthefusionmethod.Anoptimizedthrustdistributionmethodwasalsointroducedtomaintaintherobustnessofthesystem.Sometechnologywasalsointroducedtokeepther