四旋翼飛行器動(dòng)力建模及方向控制研究.pdf

1、四旋翼飛行器是一種小巧、穩(wěn)定、可垂直起降、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多旋翼飛行器。并且具有制造成本低、易于維護(hù)、不易損壞及靈活度高等特點(diǎn)。它是通過(guò)控制四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)改變旋翼升力的變化，從而達(dá)到控制四旋翼飛行器位置和姿態(tài)的變化。隨著機(jī)電一體化、傳感器、飛行控制理論等技術(shù)的不斷發(fā)展，四旋翼飛行器的控制研究及應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注。本文主要圍繞四旋翼的硬件電路設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)建模及如何實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行方向控制的研究。
　　四旋翼飛行器的控制對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、

2、信號(hào)的實(shí)時(shí)處理能力有很高的要求，而DSP和FPGA的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)處理能力都能滿足四旋翼飛行器的控制要求。DSP對(duì)數(shù)據(jù)的并行處理能力較弱，F(xiàn)PGA雖然可以重復(fù)編程、并行處理能力強(qiáng)，但開(kāi)發(fā)難度及成本較高。結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行處理，又降低了開(kāi)發(fā)難度和成本。因此本文采用TMS320F28335的DSP芯片和CycloneⅢ EP3C16Q240C8型號(hào)的FPGA芯片為控制核心，完成四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。將

3、四旋翼飛行控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為電源模塊、主控制器模塊、傳感器模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等模塊。通過(guò)分析四旋翼飛行器飛行控制的原理，對(duì)各個(gè)子模塊的結(jié)構(gòu)、硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　通過(guò)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建立四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，即線性運(yùn)動(dòng)方程和角運(yùn)動(dòng)方程。要實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的姿態(tài)控制需要對(duì)其進(jìn)行姿態(tài)解算，經(jīng)姿態(tài)解算得出四旋翼飛行器的位置矩陣和航向姿態(tài)角。采用積分分離PID控制算法對(duì)四旋翼飛行器的姿態(tài)和位置做閉環(huán)控制，并使用MATLAB/