小型四旋翼无人直升机控制系统设计_硕士学位论文

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1、学位论文小型四旋翼无人直升机控制系统设计申请学位级别硕士专业名称控制理论与控制工程学位授予单位和日期南京理工大学答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：年月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或

2、上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：年月日硕士论文小型四旋翼无人直升机控制系统设计摘要四旋翼飞机由于其结构复杂、操纵性差等缺点导致其研究进展较为缓慢。近些年来，随着新型材料、微机电（MEMS）、微惯导（MIMU）技术和飞行控制理论的发展，四旋翼无人直升机获得了越来越多地关注。四旋翼无人直升机在军事和民用领域具有广阔的应用前景，可用来环境监视、情报搜集、高层建筑实时监控、协助和救助、电影拍摄和气象调查

3、等；它还是火星探测无人飞行器的重要的研究方向之一。本文针对小型四旋翼无人直升机，以TMS320F28335为核心，设计了四旋翼无人直升机控制器的软硬件系统，实现了近地环境下的姿态控制。首先，根据设计目标对控制系统总体结构、软硬件整体进行设计。按功能将控制系统划分成机体平台、控制器模块、传感器模块、电源模块、数据处理模块和通讯模块六个独立的模块。本文设计了基于四元数法的捷联式惯性导航系统，并经过实际系统检验。为了克服惯性导航固有的参数发散缺陷，本文给出了导航补偿方法，实验结果说明了补偿方法的有效性。为了克服A/D转换存在的偏差和高频

4、噪声问题，本文设计了软件矫正算法数字低通滤波器，减少了A/D偏差，降低了高频噪声。姿态控制是飞行控制的核心问题，四旋翼无人直升机的结构特殊性决定了其控制器设计的特殊性：四旋翼无人直升机通过四个螺旋桨实现对六个被控量的控制，是一个欠驱动系统。本文建立了四旋翼无人机的非线性动力学模型，设计了PID控制器进行姿态控制。仿真和实际系统控制结果表明，该PID控制器可以得到较好的姿态控制效果，验证了控制系统设计的有效性。关键词：四旋翼无人直升机，控制器，捷联惯导，DSP71硕士论文小型四旋翼无人直升机控制系统设计AbstractThehist

5、oryoffourrotorhelicopterisalmostaslongashumanity'saircrafthistory.Butbecauseoftheshortageofcomplexityandthemaneuverability,itdevelopsveryslow.Recentyears,alongwithnewmaterial,MEMS,MIMUandtheflightcontroltheory'sprogress,unmannedfourrotorhelicopterobtainedmoreandmoreat

6、tention.Themaincontentofthispaperistodesignthecontrollerofunmannedfourrotorhelicopter.Thecontrolsystemisdividedinsixindependentmodulesaccordingtothefunction:navigationsystem,controller,softwaresystemanddebugging.Thenavigationsystemisaimportantcomponentoftheunmannedfou

7、rrotorhelicopter.Accordingtotheactualsystem,thispaperdesignedasimplifiedinertialnavigationsystem,andhascarriedontherealitysystemtest. Theattitudecontrolisthecorequestionofflightcontrol,unmannedfourrotorhelicopterstructurespecificitydecidesthespecificityofthecontroller

8、:unmannedfourrotorhelicopterhasfourpropellers,mayoutputfourupwardthrustforces,buthavesixcontrolaims.Thecontrolsystemdepartme