ARM和NuttX的多旋翼飞行器飞行控制系统设计

针对多旋翼飞行器在特种任务需求复杂作业中的稳定、安全和可靠性问题,提出一种基于ARM和NuttX的无人飞行器飞行控制系统.该系统采用基于Cotex-M4内核的低功耗和高性能TM4C123GH6PZ芯片作为主控单元,并结合双冗余惯性测量传感单元完成高可靠硬件电路设计;并以四轴八旋翼无人机为载体,完成了系统功能和性能的飞行试验验证.试验结果表明,该系统不仅能满足飞行控制的稳定性和可靠性需求,而且可扩展性好,软件算法的运行资源充足.     

四旋翼无人飞行器实验平台设计及姿态控制研究

为了实现四旋翼无人飞行器姿态的稳定控制并验证控制算法的性能,设计了一种可用于四旋翼无人飞行器姿态控制算法研究及控制性能测试的物理实验平台;首先,利用牛顿-欧拉法建立了四旋翼无人飞行器的六自由度动力学模型;其次,对姿态传感器数据进行融合,利用互补滤波算法实现对四旋翼飞行器姿态进行快速准确解算;然后,在MATLAB环境下搭建了四旋翼飞行器仿真模型,并设计改进的PID控制器对飞行姿态进行了仿真;最后,搭建了一个四旋翼无人飞行器姿态控制的物理实验平台,进行了飞行器姿态控制算法的性能测试;实验结果表明了四旋翼无人飞行器实验平台设计的合理性和正确性,是一种快速有效的飞行器姿态控制算法性能测试实验平台。     

基于ARM的多传感器四旋翼飞行器控制系统设计

为改变以传统嵌入式处理器的四翼飞行器的控制方式,基于四旋翼飞行器的工作原理和性能特点,提出了一种基于ARM Cortex-M7的嵌入式处理器的飞行控制系统的设计和实现方案.阐述了四旋翼飞行器的物理结构与飞行原理,给出了硬件系统总体方案;在整合各功能模块的基础上,对系统硬件电路进行设计,并进行了模拟仿真运行和实验验证.仿真与实验表明:设计能够保证系统的高稳定性,能满足飞行器起飞、悬停、侧飞等飞行模态的控制要求.     

无人旋翼飞行器自适应飞行控制系统设计与仿真

为了设计出能适应不同飞行任务的无人旋翼飞行器飞行控制系统,讨论了模型逆控制器原理.提出了神经网络补偿控制器及其权系数在线算法,分析了综合控制器稳定性.导出了无人旋翼飞行器旋转动力学逆控制器和平移动力学逆控制器,设计了姿态内回路控制器和轨迹外回路控制器,确定了共轴旋翼转速驱动电机的控制分配策略.规划了组合机动飞行科目来模拟自动飞行任务.通过仿真验证了自适应飞行控制系统对无人旋翼飞行器水平垂直运动、悬停和航向运动的飞行控制能力.结果表明,所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现姿态与轨迹的稳定和跟踪控制.     

基于emWin图形库的四旋翼飞行器监控系统设计

为了对四旋翼飞行器在飞行过程中实现更加便利的监控,采用LPC1788微处理器和emWin图形库设计了四旋翼飞行器监控系统;按照监控系统的整体设计方案,设计了监控系统的硬件结构以及软件主体框架和程序流程,制定了无线模块的应用层通信协议,调用emWin的API函数创建四旋翼监控系统触摸显示控制屏界面;四旋翼飞行器经过多次飞行测试验证,监控系统实现了同时显示四旋翼飞行器的飞行姿态数据以及控制飞行器启动、飞行和着陆的功能,运行效果好,实用性强.     

基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计

四旋翼飞行器控制系统的性能决定了飞行效果的优劣,如何改善飞行控制系统使其拥有更良好的表现成为近几年的研究热点。根据四旋翼飞行器的飞行原理,设计了一种新型四旋翼飞行器控制系统。该系统以STM32作为主控制器,配合各姿态传感器实现飞行器姿态及位置的控制,并结合以姿态角为主要误差源的双环结构PID控制器,提高了飞行器的平稳性。经实际飞行验证,该飞行控制系统方案能够取得较稳定的飞行效果。     

四旋翼飞行器控制系统设计

四旋翼飞行器姿态控制是四旋翼飞行器控制系统的核心. 通过分析四旋翼飞行器的飞行原理,模型建立,设计了四旋翼飞行器的姿态控制系统;在该系统中采用STM32系列处理器作为主控芯片,MPU6050三轴加速度集和三轴陀螺仪惯性测量单元、磁力计等传感器用于姿态信息检测. 本文中传感器使用结构简单的数字接口对数据进行交换,运用模块化的思想对系统进行设计. 使用PID控制算法进行姿态角的闭环控制,最终实验结果表明,在实验平台上四旋翼飞行器飞行效果稳定,系统满足四旋翼飞行器飞行姿态控制的要求.     

基于RTOS的四轴飞行器

针对四旋翼飞行器设计,本文提出一种利用移植Raw-OS实时操作系统的STM32单片机进行飞行系统控制的解决方案。本系统选择低端32位ARM微控器的STM32F103T8单片机作为飞控系统的主控芯片,采用卡尔曼滤波和四元数再结合串级PID控制算法对四旋翼飞行器进行姿态控制,再利用Raw-OS嵌入式实时操作系统的易移植性、实时性、高效性和稳定性,保证了系统控制的速度和信号采样的精度,以实现对飞控系统的实时控制。最后通过实验证实了四旋翼飞行器控制系统设计方案的合理性。     

四旋翼飞行器控制系统设计及可视化仿真

直接对四旋翼飞行器控制系统进行调试,极易引发危险,严重时还会造成人员伤害,针对目前多采用数值仿真验证方法难以直接展示控制效果问题,本文设计一种基于Matlab/SimMechanics软件的四旋翼飞行器飞行控制可视化仿真系统,首先,基于Simulink完成了四旋翼飞行器控制系统设计,然后采用PID控制算法实现了四旋翼飞行器飞行状态直观姿态和飞行数据分析功能,最后通过仿真可以得出结论,所设计的四旋翼飞行器控制可视化仿真系统通过三维可视化窗口,可实时完成四旋翼飞行器实时控制算法演示和仿真,具有重要的应用价值。     

四旋翼无人飞行器姿态数据采集处理系统

针对机械振动等因素产生的噪声对加速度传感器测量姿态数据的影响,增加了陀螺仪并运用卡尔曼滤波对加速度传感器和陀螺仪的数据进行融合处理;与以往均值和中值等滤波姿态算法相比,采用卡尔曼滤波算法能够获得可靠、稳定的姿态数据,为四旋翼无人飞行器稳定飞行提供有效保障;介绍了姿态传感器和采集处理系统硬件结构及软件实现,运用图形化编程语言LabView实现对四旋翼无人飞行器实时姿态曲线显示、姿态数据存储、回放等功能;经测试,能有效的降低机械振动等噪声对飞行器姿态测量的影响,提高姿态数据估计的精度,达到了预期的目标。     

变桨距四旋翼飞行器控制系统设计

变桨距四旋翼飞行器是通过改变旋翼的桨距大小来改变升力的,这种控制策略可使飞行器姿态的响应和控制的延迟都会小很多,同时可以节省资源和能耗。通过分析对比变桨距与传统的变转速四旋翼飞行器的结构和飞行原理,根据其数学模型和控制要求,设计了变桨距四旋翼飞行器的控制系统。该系统采用STM32F427微处理器作为主控制器,使用MPU6000等惯性测量单元及其他传感器用于检测飞行器的位置、姿态;基于四元数方法进行姿态解算;利用PID控制算法对飞行器姿态、高度进行闭环控制。试飞结果表明,变桨距四旋翼飞行器能够稳定飞行,满足系统要求。     

平面四旋翼无人飞行器运送系统的轨迹规划与跟踪控制器设计

对于四旋翼无人飞行器运送系统而言,需要保证飞行过程中负载的摆幅维持在适当的范围内,并且在飞行器到达目的地后负载无残余摆动.本文针对四旋翼无人飞行器运送系统,提出了一种新颖的轨迹规划与跟踪控制方法.论文首先得到了平面四旋翼无人飞行器的运动特性与负载摆角之间的非线性耦合关系.通过相平面内的几何分析,分别设计了两个轴方向上的分段式加速度轨迹.这种轨迹具有简洁的解析表达式并可获得较高的运送效率,同时满足飞行器的速度,加速度等物理约束.为了使四旋翼无人飞行器准确跟踪规划好的轨迹,本文基于反步法设计了一种非线性跟踪控制器,并通过李雅普诺夫方法对其闭环稳定性进行分析,证明其能使跟踪误差指数收敛于零.论文最后通过仿真结果验证了本文所提出方法的可行性与有效性,及其对外界干扰的鲁棒性.     

四旋翼微型飞行器控制系统设计

四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置,通过调节电机转速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求。     

基于LPC2138的四旋翼飞行控制器设计

针对四旋翼飞行器,提出了一种基于ARM7TDMI-S核的ARM处理器芯片LPC2138的飞行控制器设计和实现方法.介绍了该控制器的总体结构以及软、硬件设计方法,包括惯性测量模块和电机控制模块,并给出了系统的软件设计流程图.实验结果证明,该设计方案合理有效,能满足飞行器的控制要求.     

基于LabVIEW的四旋翼飞行器姿态监测系统设计

姿态监测是四旋翼飞行器实现正常飞行的主要因素之一,飞控手操控飞行但无法精准地获取实时姿态数据,存在一定的误差且准确性较低;针对以上问题,系统设计采用STM32F103RBT6单片机和MPU9250传感器采集四旋翼飞行器飞行过程中的飞行高度、飞行速度、滚转角以及俯仰角,并将数据传输给上位机LabVIEW软件平台;在虚拟软件平台对四旋翼飞行器的姿态信息进行显示、存储、报警及回放等功能;测试结果表明,姿态监测系统可以实现数据可视化,采集数据的绝对偏差值小于0.5%,提高了四旋翼飞行器姿态监测的准确性,满足了控制小型四旋翼无人机的实际需要。     

基于STM32和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器设计

本四旋翼自主飞行器采用STM32F407ARM芯片作为飞控主控制核心,硬件包括了飞行姿态采集模块、超声波测距模块、摄像头循迹模块、无刷电机驱动模块以及STM32F407摄像头数据处理模块等。飞行姿态处理由MPU-9150加速度计陀螺仪提供,实现了飞行器的平稳飞行。超声波测距模块和摄像头循迹模块为飞行器提供导航参数,使飞行器可以按照规定航线并以一定高度飞行。为了保证摄像头数据处理的实时性,本设计中增加了一片STM32F407芯片专门处理摄像头数据。通过姿态解算、PID控制算法、摄像头数据采集处理,使飞行器实现一键式起飞,定高跟着赛道线稳定飞行,最终平稳降落。通过多次测试,证明该基于双STM32芯片和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器稳定、可靠。     

六轴旋翼碟形飞行器控制系统软件设计及仿真研究

采用了控制不同电机转速组合的方法,对六轴旋翼碟形飞行器进行姿态控制,使六轴旋翼碟形飞行器在不同姿态下飞行时具有较好的性能;为了实现六轴旋翼碟形飞行器的飞行控制,对飞行器的控制系统进行了初步的设计,并且给出了控制系统软件设计流程图;同时以ProtuesISIS软件为基础建立了六轴旋翼碟形飞行器控制系统的仿真模型,并进行了仿真,仿真结果显示该控制系统能够满足六轴旋翼碟形飞行器起飞、悬停及降落等控制姿态的要求。     

瞳翼

"瞳翼"智能四轴飞行器是一款能够通过电脑、手机App以及GPS定点导航三种方式控制的可实时进行视频传输的航拍飞行器。飞行器主体是小型四旋翼飞行器,主要由飞行器姿态控制部分、无线传输部分以及控制端软件部分组成。本作品短距离可利用飞行器自身Wi Fi采用电脑和手机App重力感应控制飞行,具有较强的趣味性、娱乐性,是十分有发展前景的新型智能玩具。此外,远距离还可采用GPS导航定点飞行,从而可实现城市监测、林业监测、交通监测等,是现代无人机技术的有力补充。     

蜂鸟

近年来,随着新技术的发展,无人飞行器得到了长足的进步。无人机技术代表着科技前沿技术的发展和控制领域的创新。但是,无人机昂贵的造价使得大部分人都无法接触和学习到这一先进技术。因此,为了解决个人娱乐和教学科研等方面的需求,文中设计并制作了一款低成本、既能自主飞行,又可遥控的迷你型四旋翼飞行器。本作品主要由四旋翼飞行机器人和上位机程序两大部分组成,可以广泛应用于个人娱乐、算法研究与验证、教学等领域,也可以作为其他四旋翼飞行器的飞行控制板。而伴随着国内外无人机研制投入和采购需求的爆发性增长,智能型无人飞行器的开发和研究具有重大的现实意义和巨大的经济效益,而本作品可以作为飞行器平台的研究与开发平台加以推广。     

无人飞行器飞控测试中动力故障自主检测系统设计

针对无人飞行器动力推进装置容易发生故障而造成飞行器发生事故的问题,提出基于ARM微控制器飞行控制平台构建无人飞行器动力故障自主检测系统,介绍了系统设计的组成与总体结构,研究实现了ARM微控制器LPC2148的硬件连接电路,PWM信号发生电路,A/D采样电路及前置放大电路等;对系统硬件平台进行了启动代码等系统底层软件的设计,对自主检测算法进行了研究,建立了系统的启动环境;并通过飞控测试对系统进行了调试,测试中通过PC上的串口软件,设置串口为C0M1,波特率为115200,校验位为NONE,数据位为8,停止位为1,发送和接收均为16进制显示,实验结果表明系统对于无人飞行器动力故障自主检测的准确性与稳定性均有很大提高。