小型旋翼飞行系统设计

【摘要】随着计算机技术与自动化技术的高速发展,智能机器人的研发和应用渐渐成为了学术团体和科研机构的研究的焦点。作为智能机器人研究领域热点的小型旋翼飞行器凭借其新颖的结构、灵活的操控性能和较小的地域局限性等优势,在军事和民用等诸多领域受到了越来越多的关注。本文在分析了国内外旋翼飞行器研究现状、发展趋势和应用前景的基础上,旨在提出一种基于小型四旋翼飞行器的实验平台,使其能够满足基本的工程应用。论文首先对四旋翼飞行器的坐标系统和基本飞行原理做了相关说明,然后详细介绍了飞行器的整体设计框架,将搭载Linux操作系统的s5pv210处理器作为飞行器的控制核心,并配备有惯性测量模块、直流无刷电机驱动模块、无线通讯模块、GPS导航模块和图像采集模块以实现飞行器的自适应控制。系统采用四元数卡尔曼滤波算法将陀螺仪和加速计的所获取的数据较好地进行了融合和分析,以便对飞行器机体姿态进行最优估计。此外,还在MATLABSimulink中对飞行控制系统进行了相关仿真,证明控制算法具备有效性和鲁棒性。之后将算法移植到ARM嵌入式系统中,并对控制参数进行了优化。最后对整套系统进行测试和分析,验证了飞行器平台的可行性。本文在所搭建的硬件平台上进行相关算法的研究,使用PID控制算法完成了基本的姿态校正和飞行控制。编写的地面站软件能够采集飞行数据,模拟飞行姿态,显示摄像头采集回的视频图像,通过相关命令还可对飞行器实现基本的控制。本文初步搭建了小型四旋翼飞行实验平台,并进行了相关的性能仿真,为今后进一步的控制算法研究打下基础。
【作者】王嘉磊；
【导师】孙玲玲；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】四旋翼飞行器；卡尔曼滤波；四元数；嵌入式系统；

【参考文献】
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