四轴飞行器毕业设计.doc

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1、辽宁石化职业技术学院学院：辽宁石化职业技术学院专业：生产过程自动化技术学号：4学生姓名：李旭江指导教师：李飞目录摘要1ABSTRACT2第1章绪论11.1前言11.2本课题研究意义11.3国内外研究成果21.4本课题主要研究内容21.4.1研究主要内容21.4.2研究方案31.5系统设计框图3第2章四轴飞行器硬件组成52.1DIY四轴飞行器介绍52.1.1四轴飞行器52.1.2DIY操作52.2部分器件的作用介绍62.2.1无刷直流电机62.2.2电子调速器6第3章姿态传感器介绍73.1三轴加速度计73.1.1传感器原理73.1.2ADXL3458

2、3.2三轴陀螺仪93.2.1概述93.2.2传感器原理93.2.3ITG-3200103.3三轴磁场传感器103.3.1传感器原理113.4本章小结11第4章飞行器模型分析134.1概述134.1.1飞行器飞行原理134.1.2四轴飞行器模型建立办法134.2力或力矩与螺旋桨的关系144.2.1升力和扭矩关系144.2.2阻力和侧向力矩的关系154.2.3的建立16第5章算法设计195.1悬停控制算法设计195.1.1悬停算法分析195.1.2PID算法选择分析205.1.3PID三个参数的大小对于响应波形的影响215.1.4模糊控制规则的建立21

3、5.1.5模糊控制表的建立225.1.6小结225.2运动算法设计225.2.1运动时和悬停时的差别225.2.2Z轴旋转解决办法设计235.2.3固定倾斜解决办法235.2.4控制算法小结245.3九轴数据的融合算法245.3.1关于数据融合必要性的分析245.3.2加速度计与陀螺仪的数据融合25第6章程序设计276.1程序设计思想276.1.1程序方案276.2串口接收数据并重装276.2.1概述276.2.2程序设计276.3PID算法程序286.4电调PWM信号28总结30论文小结31致谢32参考文献33附录一：34附录二：41摘要今年来航

4、模界的目光已经从固定轴飞行器转移到了多旋翼飞行器的设计上。多旋翼飞行器和喷气式飞机几乎在同一时间诞生，但在过去的百年中极少有目光投向它的原因就是因为它的控制、操作非常复杂，因为其方向的偏转等操作都依靠不同电机不同转速配合形成，高度的非线性和其系统极差的鲁棒性注定了在它诞生之初就无人问津。直到高精度的三轴加速度计和陀螺仪的出现，以及继而为之引入的卡尔曼滤波原理让多旋翼的姿态实时监测成为可能，有了姿态精确监测又配合采用各种控制算法以及高效能的微处理器，多旋翼的控制才成为了可能。又由于它本身兼有可以灵活应对各种复杂飞行环境的特点（其它飞行器只能望其项背）

5、，迅速成为飞行器的焦点。 本文主要介绍利用MSP430G2553单片机的LaunchPad和由AVR为主控芯片的9轴姿态结算传感器搭建的四旋翼的飞控设计。从其模型建立、传感器数据处理、算法设计和软件实现四个方面的研究制作可定目标的四轴飞行器。关键词：MSP430，卡尔曼滤波，姿态结算，控制算法ABSTRACTThisyeartheattentionhasshiftedfromthemodelaircraftindustrytoafixedshaftmulti-rotoraircraftdesign.Multi-rotoraircraftandjet

6、sbornalmostatthesametime,Butinthepastfewhundredyearshasitssightsreasonisbecauseofitscontrol,Operationisverycomplex,Becauseofitsdirectionofdeflectionandotheroperationsdependontheformationofdifferentmotorswithdifferentspeed,Highlynonlinearsystemsanditspoorrobustnessdoomedatthebe

7、ginningitwasbornnobodycares.Untilprecisiontriaxialaccelerometersandgyroscopesappeared,AndKalmanfilteringprinciplewhomsubsequentlyintroducedallowsreal-timemonitoringofmulti-rotorattitudepossible,Withattitudetoaccuratelymonitorandcoordinatetheuseofvariouscontrolalgorithmsandhigh

8、-performancemicroprocessors,Multi-rotorcontrolbecamepossible.