四旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、四旋翼飛行器具有四個(gè)對(duì)稱分布的螺旋槳，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活、能夠垂直起降的無人飛行器，具有廣闊的軍事和民用前景。四旋翼飛行器也是一個(gè)多學(xué)科融合的綜合體，為機(jī)器人領(lǐng)域提供了良好的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，在機(jī)器人智能控制、慣性導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、三維場(chǎng)景重構(gòu)和多機(jī)協(xié)同等領(lǐng)域具有較高科研價(jià)值。
　　本文針對(duì)四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開展了研究工作，首先介紹了四旋翼飛行器的發(fā)展情況，闡述了四旋翼飛行器的研究背景和意義，分析了國(guó)內(nèi)外對(duì)于四旋翼飛行器的研究

2、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。
　　針對(duì)四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了四旋翼飛行器的飛行原理，描述了飛行器的基本運(yùn)動(dòng)方式；闡述了飛行器的姿態(tài)描述方法，包括坐標(biāo)系的建立并比較了歐拉角法、方向余弦法、四元數(shù)法的優(yōu)缺點(diǎn)；建立了四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型。之后進(jìn)行了四旋翼飛行器控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，給出了四旋翼飛行器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，對(duì)主控制器、姿態(tài)獲取模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、無線通信模塊進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，完成控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：對(duì)核心元器件進(jìn)行選型，主

3、控制器使用飛思卡爾公司基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的Kinetis系列芯片MK64FN1M0VLQ12，慣性導(dǎo)航微傳感器使用Invensense公司的MPU6050，并給出了電源電路、無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)、主控制器模塊以及慣性導(dǎo)航微傳感器的電路設(shè)計(jì)，繪制了PCB電路板。根據(jù)四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)模型，使用單級(jí)及串級(jí)PID控制算法對(duì)飛行器進(jìn)行位置及姿態(tài)控制，利用MATLAB/SIMULINK仿真工具對(duì)控制算法進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果表明串級(jí) P