四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、９９１０６９７分類號；ＴＰ３學(xué)校代碼：密級；公開學(xué)號：２０１２２０９６０鮮，巧馨ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｊ欄ｗｍ／ＳＭ資囉；慣破±亨恆巧交ＭＡＳ＇ＴＥＲＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)片－氣ｆｉＶ１學(xué)科義稱：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作者：段湘?zhèn)ィ壷笇?dǎo)老師：申衛(wèi)葛卓＇西北大學(xué)學(xué)位評定委員會二〇—五年六月ＭＡ＇ＳＴＥＲＳＤＥＧＲＥＥＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮＤｅｓｉｎａｎｄ

2、Ｉｍｌｅｍｅｎ化ｔｉｏｎｏｆＴｈｅｕａｄｒｏ化ｒｇｐＱＦｌｉｇｈｔＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓ化ｍＳｕｂｅｃｔＮａｍｅ：ＣｏｍｕｔｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｊｐＡｕｔｈｏｒ－ｗｄ：ＤｕａｎＸｉａｎｇＳｕｅｒｖ－ｐｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＳｈｅｎＷｄｃｈａｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａ村〇田ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ’ａｎ７Ｘｉ１００６９ＰＪＲ．Ｃｈｉｎａ，，ＪＴｕｉｉｅ２０１５

3、，西北大學(xué)學(xué)位論文知識產(chǎn)巧聲明書本人完全了解西北大學(xué)關(guān)于收集。、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。本人允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)西北大學(xué)可將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可Ｗ采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所等機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文收錄到《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》或其它相關(guān)數(shù)據(jù)庫。保密論文待解密后適用本聲明。至爲(wèi)學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師答名：申—

4、＇切＞〇５年＾月八曰ＷＳ年＾月／曰西北大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明；所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加標(biāo)注和致謝的地方外，本論文不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得西北大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：１０校年＾月／口日摘要小型四旋翼飛行器是一種多旋翼式無人飛行器，其具有結(jié)構(gòu)

5、簡單、起飛與著陸需要的空間小，，對大障礙環(huán)境具有較高機(jī)動性的特點(diǎn)優(yōu)勢非常適合在室內(nèi)城區(qū)等近地面環(huán)境Ｗ及較危險的環(huán)境下執(zhí)行偵察監(jiān)視任務(wù)，被廣泛的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域中，受到人們極大的關(guān)注和研究。本課題Ｗ小型四旋翼飛行器為研究對象，首先根據(jù)四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)権架特點(diǎn)，把四旋翼飛行器分為飛行控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)，根據(jù)每個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和將點(diǎn)選擇相適合的硬件，搭建好四旋翼飛行器的硬件平臺。然后根據(jù)四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)及其飛行原理進(jìn)行分析，建立了慣性坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系，，結(jié)合

6、兩者之間的關(guān)系得出Ｔ坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換根據(jù)牛頓第二定律及力矩平衡原理建，對模型進(jìn)行了簡化立了飛行器的動力學(xué)模型和運(yùn)動學(xué)模型，在合理的假定情況下。，，其次針對四旋翼飛行器姿態(tài)解算問題本課題對比了常見歐拉角法和方向余弦法，一選用四元數(shù)法對姿態(tài)解算，基于互補(bǔ)濾波器算法設(shè)計出種優(yōu)化的姿態(tài)求解器，該方法將陀螺儀傳感器、加速度傳感器和數(shù)字羅盤的數(shù)據(jù)進(jìn)行顫合分析，實現(xiàn)了四旋冀飛行器姿態(tài)的快速準(zhǔn)確解算。）最后根據(jù)四旋翼飛行器的動力學(xué)模型，采用ＰＨ控制算法，設(shè)計四旋翼飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)、高度控制

7、系統(tǒng)和加速度控制系統(tǒng)，并通過仿真驗證了控制系統(tǒng)滿足設(shè)計的需要。ＩＤ關(guān)鍵詞；四旋翼飛行器，動力學(xué)模型，姿態(tài)解算，互補(bǔ)濾波器，Ｐ控制ＩＡｂｓｔｒａｃｔ－ｗｈｕａｄｒｏｔｏｒｓａｍｕｔｏｔｏｒｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｖｅｈｃｅｉｃｈｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｅｓｏｆｓｉｍｌｅｉｌｉｒｌｉｌＱ，ｇｐｓｔｔａ－ｓｍａＩｔｅｔｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉａｎｄｃａｎｋｅｏｆｆａｎｄｌａｎｄｉｎ呂ｉｎｌｌｓａｃｅ．

8、ｉｓｖｒｆｉ，ｙｐｙｅｍｎｒｅｃｏｎｎａ－ｆｂｒｐｒｆｏｒｉｇｉｓｓａｎｃｅｔａｓｋｉ打ｔｈｅ打ｅａｒＥａｒｔｈｅ打ｖｉｒｏｎｉｎｅｎｔｓｓｕｃｈａｓｉｎｄｏｏｒ，ｕｒｂａｎｅ打ｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｒｄａ打ｅｒｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｈａｖｉｎｂｒｏａｄａｌｉｃａｔｉｏ打ｒｏｓｅｃｔｉｎｍｉｌｉｔａｒａｎｄｇ，ｇｐｐｐｐｙ＊ｃ．ｔｔｔ．ｉｖｉｌｆｉｅｌｄｓｕａｄｒｏ化ｒｈａｓｂｅｅ