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《多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計【開題報告】》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、畢業(yè)設(shè)計開題報告電氣工程與自動化多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計一、選題的背景與意義多旋翼飛行器中最具代表性的就是四旋翼飛行器，對四旋翼的研究意義任重而道遠。四旋翼飛行器實際上是一類安裝有四個螺旋槳的直升機，而且四個螺旋槳在平面上呈現(xiàn)十字交叉的結(jié)構(gòu)。四旋翼飛行器飛行的動作是通過控制和調(diào)節(jié)周邊四個螺旋槳產(chǎn)生的升力大小來實現(xiàn)的。目前傳統(tǒng)的旋翼式直升機一般通過改變它的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度、葉片的傾斜角和葉片的輪列角，從而既能夠調(diào)整升力的大小，還可以調(diào)整升力的方向。但是與傳統(tǒng)的旋翼式直升機不同，四旋翼飛行器只可以通過改變四個螺旋槳的速度來實現(xiàn)各種飛行動作。雖然四旋翼飛
2、行器的四個螺旋槳的傾斜角都是固定不變的，但是由于每個螺旋槳都是用彈性材料制做而成的，因而可以通過空氣阻力扭曲螺旋槳來改變傾斜角?？傊?，四旋翼飛行器的升力是四個螺旋槳速度的合成效果，而四旋翼飛行器的旋轉(zhuǎn)力矩則是由四個螺旋槳速度的差異引起的。直升機在他的發(fā)展歷程中巧妙使用總距控制和周期變矩控制之前，經(jīng)典的四旋翼的結(jié)構(gòu)被公認為是一種最簡單和直觀的穩(wěn)定控制方式。然而由于這種結(jié)構(gòu)形式必須同時協(xié)調(diào)地控制四個旋翼的運行狀態(tài)參數(shù)，對駕駛員的人為操縱來說是一件非常復(fù)雜的事，所以這種方案始終沒有能夠真正在大型直升機設(shè)計中被公眾采用。這里，四旋翼飛行器考慮采用這種結(jié)構(gòu)形
3、式，主要是因為總距控制和周期變矩控制雖然精巧，控制靈活，但其復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)卻使它無法輕易在小型四旋翼飛行器設(shè)計中應(yīng)用，所以很有研究開發(fā)的必要。另外，四旋翼飛行器的旋翼工作效率相對較低，要想從單個旋翼上增加拉力是很有限的，所以采用多旋翼結(jié)構(gòu)形式毋庸置疑是一種提高四旋翼飛行器飛行時的負載能力的最有效的措施之一。針對四旋翼結(jié)構(gòu)存在的控制量較多的問題，可以通過設(shè)計合適的自動飛行控制系統(tǒng)去解決。四旋翼飛行器采用四個旋翼的直接動力源，旋翼對稱分布在飛行器的前、后、左、右的四個方向，并且四個旋翼處于空間的同一高度的水平面上，而且四個旋翼的結(jié)構(gòu)都相同，四個電機以對
4、稱的形式安裝在飛行器的支架端，支架中間的空間用于安放飛行控制系統(tǒng)的電路板和電源。典型的直升機一般配備有一個主轉(zhuǎn)子和一個尾槳，他們通過控制舵機來精確改變螺旋槳的槳距角，從而起到控制直升機的姿態(tài)和位置的作用，然而四旋翼飛行器與此不同，它是通過調(diào)節(jié)四個電機轉(zhuǎn)速來改變對應(yīng)的旋翼轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)整升力的變化，從而起到控制飛行器的姿態(tài)和位置的作用。由于四旋翼飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)升力變化，這樣會導(dǎo)致其動力相對不穩(wěn)定，所以在控制方面需要一種能夠用于長期保持穩(wěn)定的控制算法。從結(jié)構(gòu)上說，四旋翼飛行器就是一種六自由度的垂直升降機，因而非常適合在靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)條件下平
5、穩(wěn)飛行。臺灣泰世科技GAUI330X的主要特點：1．兼容35/40/72MHz或2.4GHz遙控器；2．至少需要4通道遙控器；3．使用標(biāo)準(zhǔn)PWM電調(diào)和無刷馬達，具有無限的動力升級能力；目前航模方面使用的傳感器、電機、電子調(diào)速器都可以方便購買，而控制核心可以用單片機等具有編程能力的芯片，在一定程度上支持了飛行器的開發(fā)。一、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：研究的基本內(nèi)容：通過多旋翼飛行器原理的學(xué)習(xí)，設(shè)計多旋翼飛行器的控制器，實現(xiàn)多旋翼飛行器的平穩(wěn)飛行。具體如下：1．學(xué)習(xí)多旋翼飛行器的飛行、控制原理；2．合理選擇控制器，設(shè)計控制方案。擬解決的主要問題：
6、1．設(shè)計多旋翼飛行器的硬件控制電路；2．設(shè)計多旋翼飛行器的平衡控制算法；3．設(shè)計飛行控制軟件，實現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)飛行。二、研究的方法與技術(shù)路線：完整的多旋翼飛行器控制系統(tǒng)包括控制核心、電子調(diào)速器、傳感模塊、無線模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。1．控制核心：選擇了C8051F330，它有768字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM，有8KBFLASH，可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為512字節(jié)，作為高速8051微控制器內(nèi)核，使用流水線指令結(jié)構(gòu)，70%的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期，速度可達25MIPS（時鐘頻率為25MHz時），具有可擴展的中斷系統(tǒng)，有17個端口I/O，均耐壓5
7、V和大灌電流，硬件增強型UART、SMBus和增強型SPI串口，有4個通用16位計數(shù)器/定時器，有16位可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA），有3個捕捉/比較模塊，使用PCA或定時器和外部時鐘源的實時時鐘方式，具有兩個內(nèi)部振蕩器：24.5MHz，可支持晶體UART操作；80/40/20/10KHz低頻率、低功耗振蕩器。支持在片調(diào)試：片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試（不需仿真器）；支持斷點、單步、觀察/修改存儲器和寄存器；比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能；廉價而完整的開發(fā)套件。在設(shè)計中，可以方便利用其內(nèi)部的定時器功
8、能產(chǎn)生電子調(diào)速器所需的PWM控制信號。2．無線模塊：選擇nRF24L01。此種無線通訊模塊工作在2.4GHz全球開放頻段，
