四軸飛行器是一種典型的非線性、強(qiáng)耦合的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),早在上世紀(jì)初就有學(xué)者相繼研制四軸飛行器,但由于種種原因都未取得較大的突破,使得四軸飛行器的研究一直以來未受關(guān)注。直到20世紀(jì)90年代,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,四軸飛行器再一次引起了科研人員的興趣,繼而出現(xiàn)了許多相關(guān)科研項(xiàng)目和研究成果。由于飛行器在實(shí)際飛行過程中會(huì)受到空氣阻力、陣風(fēng)等不確定因素的影響,難以建立其準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,這也給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來一定的挑戰(zhàn)。四軸飛行器因其結(jié)構(gòu)簡單、飛行靈活等特點(diǎn),在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)航拍四軸飛行器的特點(diǎn),利用牛頓-歐拉方程,建立了其動(dòng)力學(xué)模型;利用四元數(shù)法建立了其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并求出運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的解析解和數(shù)值解。在姿態(tài)解算中,結(jié)合陀螺儀、加速度和磁力計(jì)等傳感器的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于四元數(shù)的互補(bǔ)濾波算法。硬件方面,制作了集成有陀螺儀、加速度、磁力計(jì)和氣壓計(jì)的PCB飛控電路板,并可以外接GPS模塊。在控制系統(tǒng)方面,在傳統(tǒng)PID的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了姿態(tài)平衡串級(jí)PID控制算法、高度串級(jí)PID控制算法和GPS定點(diǎn)PID控制算法,實(shí)現(xiàn)了四軸飛行器的姿態(tài)控制和定高定點(diǎn)懸�？刂�...

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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圖2坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)關(guān)系示意圖

圖1.1第一架四軸飛行器“Breguet-RichetNo.1”Fig.1.1Thefirstquadrotor“Breguet-RichetNo.1”

省了大量的人工成本和時(shí)間成本，社會(huì)需求量不斷增加，具有良好一定的研究意義。飛行器屬于多旋翼飛行器的一種，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、飛行靈活和點(diǎn)，成為當(dāng)下最熱門的無人機(jī)研究類型。飛行控制器是四軸飛行器，飛行控制器根據(jù)外界環(huán)境的變化控制飛行器完成自主飛行。飛行決定了飛行器的飛行效果，因此研發(fā)....

圖1.2George.De.Bothezat設(shè)計(jì)的四軸飛行器Fig.1.2QuadrotordesignedbyGeorge.De.Bothezat

圖1.2George.De.Bothezat設(shè)計(jì)的四軸飛行器Fig.1.2QuadrotordesignedbyGeorge.De.Bothezat1956年，ConvertWings公司設(shè)計(jì)了一架形狀比較怪異的“H”形四軸如圖1.3所示。與之前的四軸飛行....

圖1.3ConvertWings公司設(shè)計(jì)的四軸飛行器Fig.1.3QuadrotordesignedbyConvertWings

上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士配置有飛行控制系統(tǒng)，但因其較為笨重，飛行效果并究興趣[2-3]。圖1.2George.De.Bothezat設(shè)計(jì)的四軸飛行器Fig.1.2QuadrotordesignedbyGeorge.De.BothezatonvertWings公司設(shè)....

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