【摘 要】
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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
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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PID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究,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PID控制算法,结合MATLAP进行飞行姿态仿真,并验证其飞行的可靠性与稳定性。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RT-Thread。软件系统框架由上下位机两部分。下位机软件主要通过C语言对STM32F407微控制器进行编程。上位机软件主要通过MATLAB编程实现。
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