收藏本站
《华中师范大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

一种四旋翼无人机控制系统的设计和实现

朱明明  
【摘要】:近些年,随着科学技术快速发展,无人机市场的迅猛扩展,研究和开发四旋翼无人机的热情日益高涨。四旋翼无人机作为一个欠输入、高耦合、六自由度的控制系统,具有灵活轻巧、便携等特征,使用场景多样,在民用和军用领域都有广泛使用。本文旨在搭建一种四旋翼无人机飞行平台,基于双ARM架构设计飞行控制系统,实现起飞和悬停状态下位置和姿态的稳定控制,并对四旋翼无人机的控制系统进行探索研究。具体工作如下:首先,设计了四旋翼无人机的控制系统,包括控制系统的总体结构设计、无人机平台的硬件构成、通信机制和地面控制平台研究。其次,结合空气动力学原理构建四旋翼无人机的数学模型,针对四旋翼无人机的刚体结构特征建立机体坐标系和惯性坐标系,建立无人机的线运动方程和角运动方程,得出无人机的非线性动力方程,分析四旋翼无人机的动力特点和飞行原理。然后运用Matlab的Simulink仿真研究无人机的姿态控制和位置控制过程,获取初始PID控制参数值再次,设计了四旋翼无人机的软硬件平台。硬件方面,采用主从ARM结构设计飞行控制中心,设计了通信电路、电源管理电路和PWM波输入输出电路。软件方面,运用Linux交叉编译环境,基于Nuttx实时操作系统的多线程任务模式,完成串口通信程序和无人机控制程序开发。最后,验证四旋翼无人机飞行控制系统可靠性和稳定性。在搭建好的无人机平台上,获取陀螺仪(MPU6000)和磁力计(HMC5883L)传感器的飞行姿态参数,进行俯仰(Pitch)和横滚(Roll)方向PID参数整定,完成无人机的实地飞行测试,测试表明飞行控制效果良好。
【学位授予单位】:华中师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:V279;V249.1

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹美会;鲜斌;张旭;文曦;;基于视觉的四旋翼无人机自主定位与控制系统[J];信息与控制;2015年02期
2 张静;张华;刘恒;霍建文;;微型四旋翼无人机模糊PID控制[J];兵工自动化;2014年06期
3 王伟;马浩;徐金琦;孙长银;;多旋翼无人机标准化机体设计方法研究[J];机械设计与制造;2014年05期
4 甄红涛;齐晓慧;李杰;苏立军;田庆民;;四旋翼无人机L_1自适应块控反步姿态控制器设计[J];控制与决策;2014年06期
5 何勇灵;陈彦民;周岷峰;;四旋翼飞行器在风场扰动下的建模与控制[J];中国惯性技术学报;2013年05期
6 甄红涛;齐晓慧;夏明旗;苏立军;;四旋翼无人机鲁棒自适应姿态控制[J];控制工程;2013年05期
7 李一波;宋述锡;;基于模糊自整定PID四旋翼无人机悬停控制[J];控制工程;2013年05期
8 杨成顺;杨忠;葛乐;黄宵宁;李少斌;;基于多旋翼无人机的输电线路智能巡检系统[J];济南大学学报(自然科学版);2013年04期
9 姬江涛;扈菲菲;贺智涛;杜新武;刘剑君;郑治华;杜蒙蒙;何亚凯;马俊伟;;四旋翼无人机在农田信息获取中的应用[J];农机化研究;2013年02期
10 张垚;鲜斌;于琰平;赵勃;;四旋翼无人机可视化半实物仿真平台研究[J];仪器仪表学报;2012年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王文建;四旋翼无人机控制系统设计[D];新疆大学;2017年
2 姚艳虹;基于视觉的四旋翼无人机室内导航系统研究[D];东南大学;2017年
3 张曙光;基于神经网络的四旋翼无人机姿态跟踪控制[D];哈尔滨工业大学;2017年
4 龚有敏;四旋翼无人机轨迹跟踪与自主着陆控制研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
5 许化;小型四旋翼无人机的设计及飞行控制系统研究[D];江西理工大学;2017年
6 张天毅;基于小型四旋翼无人机的大气环境参数获取系统研发[D];石河子大学;2017年
7 韩昭嵘;四旋翼无人机矿浆管道辅助巡线系统的研究[D];昆明理工大学;2017年
8 宁鑫;四旋翼无人机控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 刘昌龙;四旋翼无人机建模与控制问题研究[D];湖北工业大学;2016年
10 丁少宾;四旋翼无人机飞行控制算法研究[D];武汉理工大学;2015年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姚灵灵;贺乃宝;高倩;宋伟;;四旋翼飞行器的新型自适应离散滑模控制[J];工程设计学报;2015年06期
2 何川;李智;王勇军;;基于STM32的四旋翼飞行器的姿态最优估计研究[J];电子技术应用;2015年12期
3 程真何;;基于四旋翼动力学模型的姿态角增稳PID控制器设计[J];机械设计与制造工程;2015年12期
4 郭刚;;基于PID算法的多旋翼飞行器控制平衡系统的设计[J];山东工业技术;2015年24期
5 窦景欣;孔祥希;闻邦椿;;四旋翼无人机模糊自抗扰姿态控制及稳定性分析[J];中国惯性技术学报;2015年06期
6 丁少宾;肖长诗;刘金根;文元桥;;X型四旋翼无人机建模及四元数控制[J];系统仿真学报;2015年12期
7 杨建华;于小宁;汤鹏;;四旋翼飞行器控制系统硬件电路设计[J];电子产品世界;2015年12期
8 王大伟;高席丰;;植保无人机药箱建模与姿态控制器设计[J];排灌机械工程学报;2015年11期
9 陈国定;程嘉晖;张晓峰;柳正扬;;四旋翼无人机飞行姿态模型参考自适应控制[J];计算机系统应用;2015年11期
10 刘云平;李先影;王田苗;张永宏;梅平;;提高四旋翼无人机起飞/着陆的运动稳定性的研究[J];高技术通讯;2015年Z2期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张海星;四旋翼飞行器建模与控制器设计[D];华东交通大学;2018年
2 丁子健;四旋翼无人机姿态分析[D];华北水利水电大学;2018年
3 徐希;无人机自动巡航系统的研究与实现[D];湖北工业大学;2018年
4 熊梓威;基于滑模控制的四旋翼无人机研究[D];湖北工业大学;2018年
5 侯玉涵;四旋翼飞行器飞行姿态控制与测量[D];太原理工大学;2018年
6 张超;小型民用无人机生产质量管理系统优化与应用[D];广东工业大学;2018年
7 朱明明;一种四旋翼无人机控制系统的设计和实现[D];华中师范大学;2018年
8 何松;基于FPGA器件的多传感器无人机航向控制[D];福建工程学院;2018年
9 刘斐;基于模型预测控制的无人机轨迹跟踪方法研究[D];湖北工业大学;2017年
10 李鲜;无人机三维立体重构与物体识别系统研究与实现[D];湖南大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李军伟;崔师;李连强;任传波;王玉海;;基于模糊PID的无刷直流电机控制系统设计开发[J];机械设计与制造;2013年02期
2 张浩;任芊;;四旋翼飞行器航姿测量系统的数据融合方法[J];兵工自动化;2013年01期
3 张垚;鲜斌;殷强;刘洋;王福;;基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究[J];中国科学技术大学学报;2012年09期
4 王红雨;赵健康;郁文贤;田蔚风;;四旋翼飞行器建模及位置跟踪控制(英文)[J];中国惯性技术学报;2012年04期
5 第五鹏杰;杨树兴;;微小型多旋翼飞行器的非线性建模研究[J];兵工自动化;2012年06期
6 李轶;张善从;;基于视线测量的航天器相对导航滤波方法研究[J];仪器仪表学报;2012年06期
7 庞庆霈;李家文;黄文浩;;四旋翼飞行器设计与平稳控制仿真研究[J];电光与控制;2012年03期
8 李俊;李运堂;;四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2012年01期
9 曹立佳;张胜修;刘毅男;刘英;张盈;;带有自适应参数近似的块控反步飞行控制器设计[J];航空学报;2011年12期
10 魏伟波;潘振宽;李媛媛;于晶晶;张楠;;小位移光流计算的中值公式[J];仪器仪表学报;2011年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯炜;基于无线以太网面向大气环境监测系统的开发[D];吉林大学;2016年
2 刘昌龙;四旋翼无人机建模与控制问题研究[D];湖北工业大学;2016年
3 崔道旺;四旋翼飞行器的鲁棒自适应控制研究[D];北京交通大学;2016年
4 李树;几类非线性离散系统的自适应控制算法设计[D];辽宁工业大学;2016年
5 刘书林;四旋翼无人机编队飞行的控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
6 宋昱慧;基于单目视觉的四旋翼无人机位姿估计与控制[D];哈尔滨工业大学;2016年
7 陈学坤;四旋翼无人机编队巡航飞行控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
8 李宁;基于网络传输的四旋翼飞行器在森林防火中的应用研究[D];山东大学;2015年
9 刘丹丹;基于Arduino平台的光散射式沙尘颗粒物浓度测量系统设计及应用[D];宁夏大学;2015年
10 白敬洁;四旋翼飞行器的滑模控制算法研究[D];哈尔滨理工大学;2015年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄世权;;多旋翼无人机线路巡视模式[J];电子技术与软件工程;2017年22期
2 张欢;孙璐瑶;孙弟勇;;四旋翼飞行器如何提高飞行平稳度[J];当代教育实践与教学研究;年期
3 彭菊平 苏兵兵;未来旋翼飞行器及其技术发展趋势[J];中国战略新兴产业;年期
4 梁建海;马子生;;旋翼塔液压操纵和激振系统研制[J];电子技术与软件工程;2018年22期
5 宋洪达;郝桂丽;;四旋翼飞行器的发展与应用[J];科技风;2018年01期
6 张权权;王立成;李浩;;微型四旋翼飞行控制器设计[J];科技视界;2016年27期
7 涂世军;张力平;张文涛;;基于虚拟仪器的旋翼特性测试平台开发[J];山东交通学院学报;2016年04期
8 佟刚;周凯;项松;;基于片条理论的微型旋翼设计[J];沈阳航空航天大学学报;2016年06期
9 高嘉浩;庞皓元;庞土荣;李冬冬;刘颖君;Jakob Fransiskus Postma;Johann Tierk Stellema;;智能续航四旋翼飞行器充电平台[J];机电工程技术;2016年11期
10 李锋;孙文杰;张帆;;适应强旋翼噪声环境的语音系统设计与实现[J];信息技术与信息化;2016年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔运祥;万志强;严德;;收藏类复合式飞行器旋翼折展系统设计[A];北京力学会第二十四届学术年会会议论文集[C];2018年
2 朱清华;董凌华;李春华;周国臣;王海;;旋翼飞行器及其系统发展研究[A];2014-2015航空科学技术学科发展报告[C];2016年
3 万慧;齐晓慧;董海瑞;;四旋翼两种姿态控制方法及性能比较[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年
4 樊晓平;李斌;;重心变化四旋翼的建模与自抗扰控制[A];第36届中国控制会议论文集(A)[C];2017年
5 董龙雷;朱龙飞;;四旋翼飞行器的地面效应分析[A];第八届中国CAE工程分析技术年会暨2012全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2012年
6 王兵;孔德义;;基于猫头鹰翅膀特征的旋翼叶片仿生设计[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(B)[C];2017年
7 尹春望;陈德军;吴志刚;;一种先进的旋转旋翼动特性综合测试技术[A];2015航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2015年
8 赵长辉;杨五兵;李波;杨光;;固定翼四旋翼复合飞行器[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
9 吴志刚;秦强;;影响旋翼轴载荷测试精度的因素分析[A];2011航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
10 唐正飞;;旋翼飞行器及其系统发展研究[A];航空科学技术学科发展报告(2010-2011)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 李伟;只能飞半小时?给无人机建个充电桩[N];科技日报;2016年
2 潘敬文;还用拖拉机植保?无人机快4倍![N];中国农机化导报;2016年
3 本报记者 张强;中国重型直升机呼之欲出[N];科技日报;2017年
4 刘楚;1+1>2?共轴双旋翼的奥妙[N];中国国防报;2017年
5 蒋善军 王献伟 宋晰 胡元珏 江华 王玉东;飞防设备:标准待规范 技术须求精[N];农资导报;2017年
6 本报记者 李大庆;激光“低空卫士”:专治“黑飞”无人机[N];科技日报;2017年
7 ;交通运输部关于修改《正常类旋翼航空器适航规定》的决定[N];中国交通报;2017年
8 本报记者 张佳星;看到这样的无人机 你怦然心动么[N];科技日报;2017年
9 本报记者 吴温 通讯员 苏超;为无人机安上智慧“大脑”[N];石家庄日报;2017年
10 本报通讯员 刘宏福;智能旋翼直升机升力系统的新大脑[N];中国航空报;2017年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 付炜嘉;旋翼桨尖涡高精度数值模拟与流动控制研究[D];西北工业大学;2016年
2 徐明;最优转速旋翼直升机总体气动技术研究[D];南京航空航天大学;2016年
3 韩忠华;旋翼绕流的高效数值计算方法及主动流动控制研究[D];西北工业大学;2007年
4 魏鹏;旋翼非定常流场的黏性涡数值模拟方法及其混合方法的研究[D];南京航空航天大学;2012年
5 宋占魁;小型四旋翼无人飞行器非线性控制方法研究[D];大连理工大学;2014年
6 李春明;智能旋翼的振动控制研究[D];南京航空航天大学;2001年
7 朱清华;自转旋翼飞行器总体设计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2007年
8 姚文荣;涡轴发动机/旋翼综合建模、控制及优化研究[D];南京航空航天大学;2008年
9 王超;电控旋翼直升机气动特性研究[D];南京航空航天大学;2014年
10 徐东甫;多旋翼飞行器的多传感器组合导航控制系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁子健;四旋翼无人机姿态分析[D];华北水利水电大学;2018年
2 孙洪超;基于四旋翼飞行器的多智能体系统可控性提高[D];青岛大学;2018年
3 蔡文波;基于视觉信息的四旋翼飞行器控制系统设计[D];吉林大学;2018年
4 刘凛韦;四旋翼无人机自主控制系统的研究[D];华中师范大学;2018年
5 朱明明;一种四旋翼无人机控制系统的设计和实现[D];华中师范大学;2018年
6 邸健;四旋翼飞行器群集控制[D];中国科学技术大学;2018年
7 王兵;小型无人机旋翼的仿生降噪[D];中国科学技术大学;2018年
8 王根;四旋翼飞行器的基于PID姿态控制算法的设计与实现[D];东南大学;2017年
9 侯强;四旋翼飞行器手势遥控研究[D];西安工业大学;2018年
10 吴超凡;四旋翼吊挂系统负载摆动抑制研究[D];渤海大学;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026