大学毕业论文-四轴飞行器论文正文.doc

目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 绪论 1 1.1 前言 1 1.2 本课题研究意义 1 1.3 国内外研究成果 2 1.4 本课题主要研究内容 2 1.4.1 研究主要内容 2 1.4.2 研究方案 3 1.5 系统设计框图 3 第2章 四轴飞行器硬件组成 5 2.1 DIY四轴飞行器介绍 5 2.1.1 四轴飞行器 5 2.1.2 DIY操作 5 2.2 部分器件的作用介绍 6 2.2.1 无刷直流电机 6 2.2.2 电子调速器 6 第3章 姿态传感器介绍 7 3.1 三轴加速度计 7 3.1.1 传感器原理 7 3.1.2 ADXL345 8 3.2 三轴陀螺仪 9 3.2.1 概述 9 3.2.2 传感器原理 9 3.2.3 ITG-3200 10 3.3 三轴磁场传感器 10 3.3.1 传感器原理 11 3.4 本章小结 11 第4章 飞行器模型分析 13 4.1 概述 13 4.1.1 飞行器飞行原理 13 4.1.2 四轴飞行器模型建立办法 13 4.2 力或力矩与螺旋桨的关系 14 4.2.1 升力和扭矩关系 14 4.2.2 阻力和侧向力矩的关系 15 4.2.3 的建立 16 第5章 算法设计 19 5.1 悬停控制算法设计 19 5.1.1 悬停算法分析 19 5.1.2 PID算法选择分析 20 5.1.3 PID三个参数的大小对于响应波形的影响 21 5.1.4 模糊控制规则的建立 21 5.1.5 模糊控制表的建立 22 5.1.6 小结 22 5.2 运动算法设计 22 5.2.1 运动时和悬停时的差别 22 5.2.2 Z轴旋转解决办法设计 23 5.2.3 固定倾斜解决办法 23 5.2.4 控制算法小结 24 5.3 九轴数据的融合算法 24 5.3.1 关于数据融合必要性的分析 24 5.3.2 加速度计与陀螺仪的数据融合 25 第6章 程序设计 27 6.1 程序设计思想 27 6.1.1 程序方案 27 6.2 串口接收数据并重装 27 6.2.1 概述 27 6.2.2 程序设计 27 6.3 PID算法程序 28 6.4 电调PWM信号 28 总结 30 论文小结 31 致 谢 32 参考文献 33 附录一： 34 附录二： 41 摘 要 今年来航模界的目光已经从固定轴飞行器转移到了多旋翼飞行器的设计上。多旋翼飞行器和喷气式飞机几乎在同一时间诞生，但在过去的百年中极少有目光投向它的原因就是因为它的控制、操作非常复杂，因为其方向的偏转等操作都依靠不同电机不同转速配合形成，高度的非线性和其系统极差的鲁棒性注定了在它诞生之初就无人问津。 直到高精度的三轴加速度计和陀螺仪的出现，以及继而为之引入的卡尔曼滤波原理让多旋翼的姿态实时监测成为可能，有了姿态精确监测又配合采用各种控制算法以及高效能的微处理器，多旋翼的控制才成为了可能。又由于它本身兼有可以灵活应对各种复杂飞行环境的特点（其它飞行器只能望其项背），迅速成为飞行器的焦点。? 本文主要介绍利用MSP430G2553单片机的LaunchPad和由AVR为主控芯片的9轴姿态结算传感器搭建的四旋翼的飞控设计。从其模型建立、传感器数据处理、算法设计和软件实现四个方面的研究制作可定目标的四轴飞行器。 关键词：MSP430，卡尔曼滤波，姿态结算，控制算法 ABSTRACT This year the attention has shifted from the model aircraft industry to a fixed shaft multi-rotor aircraft design. Multi-rotor aircraft and jets born almost at the same time, But in the past few hundred years has its sights reason is because of its control, Operation is very complex, Because of its direction of deflection and other operations depend on the formation of different motors with different speed, Highly nonlinear systems and its poor robustness doomed at the beginning it was born nobody cares. Until precision triaxial accelerometers and