农业植保多旋翼无人机的飞行控制系统设计

• 作 者: 邱丁
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 多旋翼 无人机 飞行控制系统 PID控制 避障

随着社会发展,农业植保多旋翼无人机逐渐占据市场,应用不断得到推广。本文选取农业植保多旋翼无人机飞行控制系统作为研究对象,以四旋翼无人机和开源飞行控制系统作为研究基础平台,根据无人机在喷洒农药过程中存在无法避障的问题,延伸至飞行控制系统存在的功能缺陷,由此分析研究制定解决方案,设计完善飞行控制系统功能。本研究课题首先对多旋翼无人机的硬件系统进行了介绍,详细分析了飞行控制器模块、传感器模块、无线传输模块、动力执行模块的构成和功能,在此基础上,针对四旋翼无人机对各模块产品器件进行比较分析,根据性能参数从优选取合适的产品器件。其次,对目前国内外较有名的PIXHAWK开源飞行控制系统代码进行了详细分析解读,重点突出对主要功能模块的分析研究,为下一步设计算法,编程调试,完善飞行控制系统功能打下基础。再次,在分析多旋翼无人机的飞行控制原理基础上,按纵向和横向两个控制方向详细叙述了PID的控制原理以及实际的控制过程,通过实验数据分析PID控制效果。随后,重点针对植保无人机无法实现避障这一功能缺陷,通过对比现有在机器人、自动小汽车等不同领域的超声波避障、TOF避障以及机器视觉避障技术,分析了各项技术利弊,最后根据农业植保无人机的特定需求,确定了超声波避障方案,并详细设计了避障算法实现。最后,采取机上模拟和实地飞行试验的方式,对组装的四旋翼无人机进行了飞行测试。通过模拟仿真试验,进一步验证了避障方案的可行性,完成飞行控制系统的避障模块设计。