多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、1畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告電氣工程與自動(dòng)化電氣工程與自動(dòng)化多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、選題的背景與意義多旋翼飛行器中最具代表性的就是四旋翼飛行器，對四旋翼的研究意義任重而道遠(yuǎn)。四旋翼飛行器實(shí)際上是一類安裝有四個(gè)螺旋槳的直升機(jī)，而且四個(gè)螺旋槳在平面上呈現(xiàn)十字交叉的結(jié)構(gòu)。四旋翼飛行器飛行的動(dòng)作是通過控制和調(diào)節(jié)周邊四個(gè)螺旋槳產(chǎn)生的升力大小來實(shí)現(xiàn)的。目前傳統(tǒng)的旋翼式直升機(jī)一般通過改變它的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度、葉片的傾

2、斜角和葉片的輪列角，從而既能夠調(diào)整升力的大小，還可以調(diào)整升力的方向。但是與傳統(tǒng)的旋翼式直升機(jī)不同，四旋翼飛行器只可以通過改變四個(gè)螺旋槳的速度來實(shí)現(xiàn)各種飛行動(dòng)作。雖然四旋翼飛行器的四個(gè)螺旋槳的傾斜角都是固定不變的，但是由于每個(gè)螺旋槳都是用彈性材料制做而成的，因而可以通過空氣阻力扭曲螺旋槳來改變傾斜角?？傊男盹w行器的升力是四個(gè)螺旋槳速度的合成效果，而四旋翼飛行器的旋轉(zhuǎn)力矩則是由四個(gè)螺旋槳速度的差異引起的。直升機(jī)在他的發(fā)展歷程中巧妙使用

3、總距控制和周期變矩控制之前，經(jīng)典的四旋翼的結(jié)構(gòu)被公認(rèn)為是一種最簡單和直觀的穩(wěn)定控制方式。然而由于這種結(jié)構(gòu)形式必須同時(shí)協(xié)調(diào)地控制四個(gè)旋翼的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，對駕駛員的人為操縱來說是一件非常復(fù)雜的事，所以這種方案始終沒有能夠真正在大型直升機(jī)設(shè)計(jì)中被公眾采用。這里，四旋翼飛行器考慮采用這種結(jié)構(gòu)形式，主要是因?yàn)榭偩嗫刂坪椭芷谧兙乜刂齐m然精巧，控制靈活，但其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻使它無法輕易在小型四旋翼飛行器設(shè)計(jì)中應(yīng)用，所以很有研究開發(fā)的必要。另外，四旋翼

4、飛行器的旋翼工作效率相對較低，要想從單個(gè)旋翼上增加拉力是很有限的，所以采用多旋翼結(jié)構(gòu)形式毋庸置疑是一種提高四旋翼飛行器飛行時(shí)的負(fù)載能力的最有效的措施之一。針對四旋翼結(jié)構(gòu)存在的控制量較多的問題，可以通過設(shè)計(jì)合適的自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)去解決。四旋翼飛行器采用四個(gè)旋3完整的多旋翼飛行器控制系統(tǒng)包括控制核心、電子調(diào)速器、傳感模塊、無線模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串口通信無線通信PC機(jī)單片機(jī)單片機(jī)傳感器電子調(diào)速器電機(jī)1控制核心：選擇了C80

5、51F330，它有768字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM，有8KBFLASH，可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為512字節(jié)，作為高速8051微控制器內(nèi)核，使用流水線指令結(jié)構(gòu)，70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，速度可達(dá)25MIPS（時(shí)鐘頻率為25MHz時(shí)），具有可擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，有17個(gè)端口IO，均耐壓5V和大灌電流，硬件增強(qiáng)型UART、SMBus和增強(qiáng)型SPI串口，有4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器定時(shí)器，有16位可編程計(jì)數(shù)器定時(shí)器陣列（PCA），有3個(gè)捕捉

6、比較模塊，使用PCA或定時(shí)器和外部時(shí)鐘源的實(shí)時(shí)時(shí)鐘方式，具有兩個(gè)內(nèi)部振蕩器：24.5MHz，可支持晶體UART操作；80402010KHz低頻率、低功耗振蕩器。支持在片調(diào)試：片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試（不需仿真器）；支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察修改存儲(chǔ)器和寄存器；比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能；廉價(jià)而完整的開發(fā)套件。在設(shè)計(jì)中，可以方便利用其內(nèi)部的定時(shí)器功能產(chǎn)生電子調(diào)速器所需的PWM控制信號(hào)。2無線模

7、塊：選擇nRF24L01。此種無線通訊模塊工作在2.4GHz全球開放頻段，可以在1.9~3.6V低電壓情況下工作，內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制，有126頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要，最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，內(nèi)置2.4GHz天線，體積小巧。模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)菜會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便，內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DCDC開關(guān)