一种新型四旋翼飞行器控制器的设计

针对现有四旋翼无人飞行器控制系统存在鲁棒性差、姿态角度解算精度不高、控制精度低等问题。本文从工程实际出发,设计并实现了一种基于STM32的微型飞行控制器。该控制器采用模块化方法设计,包括主控、惯性测量、执行驱动等模块。设计出一种飞行姿态解算方法,提高了姿态角解算的精度和实时性实现了对四旋翼飞行器起降和飞行的可靠控制     

四旋翼飞行器双环姿态稳定算法研究

针对四旋翼飞行器飞行姿态解算与控制,对飞行器的姿态进行了融合解算,并对解算所得到的姿态联合双闭环控制系统对飞行器进行了精准的控制,根据四旋翼飞行器的物理建模特性对飞行器姿态进行了详细分析,通过MEMS器件与嵌入式微控制器构建了飞行器原始数据获取与运算的硬件平台。区别于现有的模糊PID控制、经典PID控制等控制算法,本文设计了双闭环的四旋翼飞行器控制系统,这极大精简了其运算量,并在此基础上本文又增加了对原始数据的融合滤波处理,进而使得四旋翼飞行器的飞行姿态控制精度更高,抗扰动能力更强。     

基于微型四旋翼无人机的智能导航系统

为了实现四旋翼无人机的自主飞行,设计了该智能导航控制系统.飞行控制器采用陀螺仪与三轴加速度传感器相结合的方式检测飞行器姿态,通过ATMEGA644芯片分别控制4个电机驱动模块调速来实现飞行姿态的改变.导航系统通过ARM7控制GPS模块与电子罗盘,获取飞行器的实时位置,并利用软件滤波的方式提高了定位精度.设计了上位机控制...     

四旋翼飞行器姿态控制建模与仿真

四旋翼飞行器是典型的欠驱动、非线性、强耦合系统。其姿态控制精度和抗干扰问题一直是研究热点之一。为了实现小型低成本四旋翼飞行器姿态准确控制,详细分析了四旋翼飞行器受力情况,利用牛顿-欧拉方程建立了四旋翼飞行器非线性动力学模型,针对四旋翼飞行器在实际飞行过程中经常会遇到阵风、气流等不确定外界干扰,设计了基于小扰动的PID控制器,并通过对俯仰通道、横滚通道、偏航通道MATLAB/Simulink仿真模型进行仿真测试和结果分析。结果表明:所设计控制算法能够满足四旋翼飞行器姿态控制要求,并具有较好的抗干扰性能。     

二自由度飞行姿态模拟器自整定控制器设计EI北大核心CSCD

以一套可变负载的二自由度飞行姿态模拟器为实验平台,研究变负载下的飞行器的自适应控制问题。根据继电反馈理论,采用基于继电反馈的PID控制的方法,设计飞行姿态模拟器的自适应控制器,并给出控制器参数和实验效果。通过理论分析和实验验证,证明自适应控制算法在飞行器控制方面的有效性和针对变负载下的自适应性,同时说明了飞行姿态模拟器是研究自适应控制和飞行器控制的非常理想的实验平台。     

二自由度飞行姿态模拟器自整定控制器设计

以一套可变负载的二自由度飞行姿态模拟器为实验平台,研究变负载下的飞行器的自适应控制问题。根据继电反馈理论,采用基于继电反馈的PID控制的方法,设计飞行姿态模拟器的自适应控制器,并给出控制器参数和实验效果。通过理论分析和实验验证,证明自适应控制算法在飞行器控制方面的有效性和针对变负载下的自适应性,同时说明了飞行姿态模拟器是研究自适应控制和飞行器控制的非常理想的实验平台。     

基于四元数改进型互补滤波的MEMS姿态解算

针对四旋翼飞行器的姿态解算问题,设计了由STM32、陀螺仪、加速度计等组成的姿态测量单元,采用四元数法对姿态角进行描述,详细分析了姿态解算的过程,建立了系统及传感器模型,并在互补滤波算法的基础上,构造了一种改进型互补滤波器来完成姿态解算。实验测试表明,与传统的卡尔曼滤波算法和互补滤波算法比较,改进型互补滤波算法的数据平滑能力更强,收敛速度更快,有效地实现了飞行器姿态数据的融合,提高飞行器的姿态估计精度,满足了小型四旋翼飞行器姿态控制的要求,增强了系统的鲁棒性与稳定性。同时通过实际飞行实验,验证了算法的可行性。     

基于四旋翼飞行器的低空空域智能搜救系统设计

传统四旋翼控制系统采用人工遥控控制,在搜救过程中牵扯人员精力太大并且实施飞行条件较高。现旨在缩短救援时间、提高操作便捷性,对四旋翼飞行器的各项性能做出了改进。整个系统采用人工控制模式与自动搜救模式相结合的方式对飞行器进行控制,同时也扩大了四旋翼飞行器在搜救过程中的使用范围。人工控制部分基于STC12C5A60S2单片机进行设计,结合指纹识别传感器、角度传感器、nRF24L01无线传输模块、QQ飞控、摄像头、12864液晶屏等元器件可完成身份认证、手势采集、无线传输、飞行姿态调整、高度调整及回传地理位置检测、环境视频监控信息等功能。自动控制部分基于STC12C5A60S2单片机,结合GPS模块、指纹识别传感器、nRF24L01模块、超声波模块、红外感应模块、QQ飞控、摄像头等。系统最终实现了低空空域自动避障,自动搜人等功能。     

基于STM32的多旋翼送餐飞行器研究

针对传统餐饮业中送餐方式的单一化、机械化等问题,以STM32F427微处理器为核心,设计并实现了以多旋翼飞行器为平台的智能餐饮配送系统.为提高送餐过程的安全性与可靠性,飞行器的稳定飞行是最基本的条件与保障.采用基于MEMS传感器的航姿参考系统(AHRS)进行飞行器姿态的测量,采用四元数坐标换算,将陀螺仪、加速度计和磁罗盘三者数据进行融合,并用互补滤波算法对姿态数据进行修正.实际测试结果表明,该飞行控制系统精度较好,能够满足送餐过程中对安全性与可靠性的要求.     

水空两栖无人机飞行模式设计

广阔的海洋十分神秘,海洋生物、能源等资源十分丰富,随着人类对于海洋探索欲望更加强烈,无人机已经无法满足人们的探索要求。而水空两栖无人机正是解决该问题的方法之一。现有的水空两用无人机结构依赖于当前飞行器的设计,不能达到飞行的最佳性能指标;目前国内外都致力于水空两域的最佳结构、外形和飞行姿态的研究。因而,本文设计了一种适用于水空两栖无人机的飞行姿态,结合四旋翼飞行器、二旋翼无人起和倾转旋翼无人机的特征,将飞行和潜行模块进行整合,不仅减小了驱动和执行部件数目,提高了稳定性和可靠性,而且能够适应空中和水中的运行环境,成为跨空间领域探索的一种飞行模式。     

基于扩张状态观测器的四旋翼无人机飞行控制系统研究

针对四旋翼飞行器的不确定和非线性控制问题,分析了非线性、强耦合和欠驱动等系统特性,同时基于非线性动态逆方法,进行四旋翼飞行器控制系统姿态和航迹控制研究。通过扩张状态观测器实现了对无人机的强干扰及参数摄动的精度补偿。仿真实验验证了它的有效性。     

基于四旋翼无人机的电气设备在线监测系统的设计

本文设计了一款基于四旋翼无人机的电气设备在线监测系统。该系统主要包括飞行控制模块、电气量检测模块和无线充电模块。飞机在稳定飞行及精确定位的基础上,以采集电气设备的电气量为主,热红外成像仪采集高压线路或设备的热红外图像为辅助,及时检测出电气设备的故障和隐患并记录下出现故障和隐患的GPS坐标,其中采集的电气量通过软件平台进行初步分析以便工作人员判断电气设备的健康情况。同时增加无线充电平台以保证飞行器的飞行距离与工作时长。     

悬停状态下旋翼飞行机器人自适应鲁棒控制

针对加装二自由度绳驱动机械臂的旋翼飞行机器人在悬停条件下的抗干扰控制,提出了一种自适应终端滑模控制策略.将系统分成四旋翼飞行器和机械臂两个子系统,分别采用拉格朗日法与牛顿-欧拉法获得各自的动力学模型.在Lyapunov稳定性框架下设计了旋翼飞行器人的抗干扰轨迹跟踪控制器,并引人自适应策略来估计扰动上界.通过3个仿真算例验证了所设计控制器的有效性,结果表明,与其他控制器相比,本控制器具有较高的跟踪精度、较强的鲁棒性以及较好的抗干扰能力;机械臂质量的变化主要影响x通道和y通道的控制性能;本控制器基本能满足旋翼飞行机器人悬停作业的工作需求,具有一定的工程参考意义.     

共轴折叠双旋翼无人机姿态测量实验与分析

针对小型共轴折叠双旋翼飞行器结构特点、飞行原理进行分析,研究无人机运动学和动力学特性并建立数学模型,建立了无人机飞行器半实物飞行的动力性能和姿态角测试平台。该平台对飞行器机械振动、姿态角和噪声等性能分析。通过测试实验分析无人机不同旋翼转速产生的机械振动和噪声等特性,以及对陀螺仪和加速度计等MEMS传感器姿态解算结果的影响。测试实验表明：随着转速的增加振动幅度有所增加,该振动特性对噪声模型的建立和评估对无人机鲁棒性和抗干扰性提供新思路及有益借鉴。     

高压巡线四旋翼机器人反步自适应控制的研究

为确保高压输电线路的安全稳定运行,设计了一款基于反步自适应控制方法的四旋翼机器人。该机器人可根据线路杆塔坐标信息实现自主飞行巡检,采集线路缺陷和隐患,对维护线路状态的安全运行等提供信息支持。首先,由刚体动力学和牛顿欧拉方程建立四旋翼机器人的六自由度数学模型。其次,根据动量定理和电枢回路中的电压平衡方程,建立转子的动力学方程。再次,将反步控制与自适应控制相结合,推导出反步自适应控制器,实现对四旋翼机器人姿态与位置的控制。最后,对四旋翼机器人高压输电线路的自主巡检过程进行模拟,并用MATLAB进行仿真实验。研究结果表明基于反步自适应控制的四旋翼机器人能满足高压输电线路自主巡检系统的要求。     

基于单片机四旋翼无人飞行器控制系统设计与实现

四旋翼无人飞行器具有可垂直起降、定点悬停、机动灵活等优点,有着广泛的应用价值,因此对其控制系统设计展开研究具有十分重要的意义。介绍一种基于单片机的四旋翼无人飞行器控制系统设计总体方案,并分析其硬软件设计。     

四旋翼无人机串级变论域模糊PID姿态控制研究

为解决四旋翼无人机控制系统存在的鲁棒性差和控制精度低等问题,结合变论域思想、模糊PID算法和串级PID算法三者优点,提出了一种基于变论域模糊PID的串级姿态控制算法。建立了四旋翼无人机系统动力学数学模型,在模型的基础上设计串级变论域模糊PID控制系统,将不同的控制器组合,使用外环角度环和内环角速度环对四旋翼姿态进行控制。常规串级PID算法和串级变论域模糊PID算法设计的控制系统所得仿真曲线对比表明,串级变论域模糊PID控制方法能满足四旋翼飞行器响应速度快与稳定性高的要求,其超调量为8%,明显优于串级PID控制方法。     

四轴遥控飞行器的研制

本文以STM32F103T8U6为四轴飞行器的主控芯片,选择SX1278作为遥控与主控的通信芯片。以STC12C2052AD为遥控器的主控芯片,根据遥控指令传输控制信号,通过控制信号输出飞行器当前的姿态角、高度等信息,最终反馈给上位机。通过上位机对四轴的姿态进行调整和对四轴的模拟,使用MPU6050输出角速度微分,也就是利用各轴角加速度来监控四轴的稳定。通过调节串级PID算法中的内外环P、I、D值对输出的角速度的微分进行测试,然后利用四元数对于姿态角进行模拟分析,从而大幅度提高四轴的稳定性。在提高稳定性的基础上,顺利地完成航拍,载荷飞行,以及各项飞行任务等等。     

基于非线性扰动观测器的四旋翼姿态控制

针对存在模型不确定性和未知外界干扰下四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。通过非线性扰动观测器对外界干扰及系统不确定性进行平滑估计和补偿,提高系统的稳定性;利用非奇异终端滑模面有限时间收敛的特性设计控制律,保证系统的快速收敛;应用Lyapunov函数证明控制器的稳定性,对四旋翼的飞行动力学特征进行研究,推导出飞行动力学模型,引入人工蜂群算法来优化控制器中的参数,实现最优控制;最后,通过两个数值仿真实例验证了该控制器的有效性。结果表明,与其他控制算法相比,所提控制算法在收敛速度、跟踪精度及扰动估计精度方面均优于其他控制算法,具有一定的工程应用价值。     

基于改进的快速趋近律的四旋翼姿态控制

为了提高四旋翼控制系统的稳定性以及快速性,设计了基于改进的趋近律的控制器,以解决扰动下的四旋翼姿态控制问题。对四旋翼飞行器建模。根据系统的特征,将系统分成了全驱动和欠驱动两个子系统。分别利用改进的快速趋近律设计了控制器。仿真结果表明,控制器具有较好的控制效果,并且在动态性能方面能够快速地跟踪信号,抖振现象也得到了削弱。