论文部分内容阅读
四旋翼飞行器是一种新型的可垂直起降、飞行方式独特的小型无人机,具有姿态保持能力强、机动性好、结构简单等优于其他飞行器的特点,应用前景非常广阔。本文首先设计了四旋翼飞行器硬件总体方案,对电源、螺旋桨、电机、电子调速器进行仔细选型。主控制器采用的是ATmega2560微处理器;对于惯性测量单元,选用MPU6000芯片,在此芯片中集成了三轴加速度计和陀螺仪;磁力计模块采用的是高灵敏度的磁航向计HMC5883L;对于气压计模块,选用高精度的BMP085数字压力传感器;对于导航模块,选用的是正点公司的ATK-NEO—6M-V2.3GPS模块,定位芯片采用的是U-BLOX NEO-6M模组;图传模块采用的是FPV 5.8G 32频道600mw图传模块,包括发射模块TS835和接收模块RC832;电压报警模块采用AOK 1-8S电量显示器;无线通信模块采用的是3DR Radio Telemetry数传模块。然后分析了四旋翼飞行器的基本结构与工作原理,阐述了建模的方法和步骤,并建立坐标系,以此为基础对四旋翼飞行器进行数学建模。根据动力学模型对四旋翼飞行器的运动形式进行仿真。设计PID控制器的控制回路,对控制系统进行仿真分析,得出各通道的阶跃响应曲线仿真结果。介绍了捷联惯性导航系统的基本原理和姿态角推导过程与GPS导航系统的工作原理和导航解算过程,应用扩展卡尔曼滤波器将两种导航方式组合起来得到GPS/INS组合导航系统,并对其进行实验验证,实现了为飞行器提供导航的功能。最后在户外进行飞行测试,总结实验数据,验证了四旋翼飞行器保持姿态稳定、自主起降、定点悬停、自主导航等各项性能,充分说明所设计的四旋翼飞行器及自主导航系统具备了初步自主巡航的能力,并且飞行性能良好。