【摘 要】
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无人直升机具有垂直起降、空中悬停、机动性强等独特的飞行特点,因此广泛的应用于军民领域。飞行控制系统是无人直升机的重要组成部分,姿态控制作为位置控制的内环,其性能直接影响无人直升机的飞行品质。因此,研究无人直升机姿态控制系统具有十分重要的意义。本文从控制理论出发,对研究对象建模及控制仿真,然后根据仿真结果,进行飞行控制系统设计及实现,完成理论到工程的转化。本文以亚拓450无人直升机为研究对象,建立其
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无人直升机具有垂直起降、空中悬停、机动性强等独特的飞行特点,因此广泛的应用于军民领域。飞行控制系统是无人直升机的重要组成部分,姿态控制作为位置控制的内环,其性能直接影响无人直升机的飞行品质。因此,研究无人直升机姿态控制系统具有十分重要的意义。本文从控制理论出发,对研究对象建模及控制仿真,然后根据仿真结果,进行飞行控制系统设计及实现,完成理论到工程的转化。本文以亚拓450无人直升机为研究对象,建立其动力学和运动学方程,采用姿态内回路和位置外回路结构形式构成串级PID控制器,并在Simulink平台进行仿真验证。接着,选择合适的微处理器和外围传感器模块,完成飞控计算机的电路设计。在此硬件基础上,利用STM32Cube MX图形化配置工具,搭建了飞控软件工程框架。编写姿态传感器数据读取模块,完成传感器和飞控计算机之间的数据通讯。然后,根据实际采集的姿态数据在Matlab中进行扩展卡尔曼滤波算法验证,得到无人直升机的姿态角,并与参考姿态角进行对比,验证了姿态解算算法的有效性。最后,设计了以角速度控制为内环,角度控制为外环的姿态串级PID控制器,并参考仿真结果,对控制参数进行整定。经过飞前系统调试后,对无人直升机进行了试飞验证,飞行效果良好。通过本文的研究,完成了无人直升机飞行控制系统从理论仿真到工程实现的全过程,并验证了设计方案的可行性与可靠性。
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