自主懸停四旋翼結(jié)報(bào)告

目第一四旋翼發(fā)展概 四旋翼起 國內(nèi)外四旋翼發(fā)展?fàn)?第二項(xiàng)目第一四旋翼發(fā)展概 四旋翼起 國內(nèi)外四旋翼發(fā)展?fàn)?第二項(xiàng)目分 選題緣 完成工 四旋翼氣動(dòng)分 第三飛行原 氣動(dòng)特 四旋翼軟硬件框 硬件組 軟件框 各部分具體實(shí) 四旋翼飛行控 一般飛行器控制框 姿態(tài)解 飛行姿態(tài)控 自主懸?？?自主懸停原 第四第五第六自主懸停硬件選 自主懸停反饋回 地面監(jiān)測及調(diào) 地面監(jiān)測系 調(diào)試及部分問題解決方 第七第八未來發(fā) 作為應(yīng)用平 機(jī)動(dòng)性增 續(xù)航能力提 參考文獻(xiàn) 1摘要：四旋翼是一種原理簡單摘要：四旋翼是一種原理簡單、飛行特性好的飛行器，具有良好的懸停能力，但因?yàn)殛P(guān)鍵詞：四旋翼自主懸停四旋翼發(fā)展概1.1.四旋翼起1907年[1]，Breguet兄弟制作了他們的第一架旋翼式直升機(jī)，由四個(gè)焊接鋼管支架1952年，美國軍方制造了一架大型四旋翼直升機(jī)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，最后還是因?yàn)轱w行到近10年，隨著電子設(shè)備的進(jìn)步，特別是MEMS技術(shù)的發(fā)展，小型傳感器性能得1.2.國內(nèi)外四旋翼發(fā)展MIT1MIT2導(dǎo)航四旋翼系統(tǒng)（圖。以四旋翼為基礎(chǔ)飛行平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)依靠激光雷達(dá)進(jìn)行室導(dǎo)航四旋翼系統(tǒng)（圖。以四旋翼為基礎(chǔ)飛行平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)依靠激光雷達(dá)進(jìn)行室IPad推出以后，專門為其定制了一款四旋翼AR.Drone，該飛行器具有良好的操控性和MKPCB板、軟件程序、調(diào)試軟2XAircraft6503項(xiàng)目2.1.選題2.2.完成項(xiàng)目2.1.選題2.2.完成4四旋翼氣動(dòng)分四旋翼氣動(dòng)分3.1.飛行3354141KV值通常需要和槳型配合，以提高電機(jī)效率。這里忽略不同槳型帶來的氣動(dòng)特性的差6電 運(yùn)動(dòng)上升前進(jìn)左滾右偏 四旋翼軟硬件框4.1.硬件槳葉，采用GEMFAN10*4.5電調(diào)，采用新西達(dá)30A電子調(diào)速器。機(jī)架，采用KV四旋翼軟硬件框4.1.硬件槳葉，采用GEMFAN10*4.5電調(diào)，采用新西達(dá)30A電子調(diào)速器。機(jī)架，采用KVITG320054.2.軟件框 deviceInit設(shè)備初始化。USART與上位機(jī)串口通信。kalman卡爾曼濾波算法。FlightControl飛行控制計(jì)算。7PWMInput64.3.各部分具體PWMInput64.3.各部分具體 控制板設(shè)以IO 遙控?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)遙控器的協(xié)議為PWM協(xié)議，接收機(jī)接收到的信號為PWM波。為了將遙控器給出的連續(xù)變化的PWM占空比轉(zhuǎn)為數(shù)字量，需要在控制芯片內(nèi)對PWM進(jìn)行采樣。在本系STM32TIMERTIMERPWM波，具體思TIMERTIMER 高度測間隔決定，但是一般超聲波能探測的最大距離不超過10m，為保證一定的高度反饋速8 姿態(tài)測軸向上，y軸向右為正。機(jī)體坐標(biāo)和大地坐標(biāo)之間的方向余弦陣為如下。coscossin 姿態(tài)測軸向上，y軸向右為正。機(jī)體坐標(biāo)和大地坐標(biāo)之間的方向余弦陣為如下。coscossinsinsincoscoscossinsinsinsincossinsincossincossincoscossinsinCbcos和橫滾角 abarcsinxg arcsin gcosHXHxcosHysinsinHzsinHYHycosHzarctan X 電機(jī)控 電源管電源給主控板供電。轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部采用PWM9四旋翼飛行控5.1.一般飛行器7姿態(tài)角定四旋翼飛行控5.1.一般飛行器7姿態(tài)角定8向、地向坐向、地向坐標(biāo)系（圖8）姿態(tài)角定義為相對于地面坐標(biāo)系的321歐拉角（圖9。應(yīng)當(dāng)注意到這個(gè)定義在俯仰正負(fù)90度時(shí)是有奇點(diǎn)的：這時(shí)偏航角和橫滾角解不唯一。9歐拉角定義（一10歐拉角定義（二 硬件設(shè)ENC-03（日本村田公司）和MEMS三軸加速度計(jì)MMA7260（ 硬件設(shè)ENC-03（日本村田公司）和MEMS三軸加速度計(jì)MMA7260（飛思卡爾公司11司的LIS3LV02DQ三軸加速度計(jì)，磁傳感器選用霍尼韋爾公司的三軸數(shù)字羅盤HMC5843。器件主要特性如下供電電壓可選量程350(X/Y）g12 7可選量程+/-2g+/-2(XY)12 7可選量程+/-2g+/-2(XY)AD靈敏度AD- 歐拉角方.陀螺儀角速度坐標(biāo)變]，分別對應(yīng)偏q00q)L)LS 歐拉角方.陀螺儀角速度坐標(biāo)變]，分別對應(yīng)偏q00q)L)LSC Lxyx) bg r0 SCC 0SqrCsincostanq 0p .加速度計(jì)和磁傳感器計(jì)算觀測CSCXCb SSCCSSSC SSC SSCCCSax00C0abSax00C0abC0SSCCSSSCSy SSCarcsin(a y ) )gg.Axk1Buk1wkHxkvz（預(yù)測（校正13kkkATkkKkpH(HpHTkk(zHx kkpKkpH(HpHTkk(zHx kkpk(IKH)kk.狀態(tài)量選為一個(gè)軸的姿態(tài)歐拉角bias移量bias不變。xk1Axk dtbias1bias0k yk Q0000 四元數(shù)方獲取磁偏在使用磁傳感器之前，需要對其進(jìn)行校準(zhǔn)操作[10]0X:-Y:Z:-X:-Y:Z:-X:Y:-Z:-X:-Y:-Z:-00yx140X:-Y:Z:-X:-Y:Z:-X:Y:-Z:-X:-Y:-Z:-00yx14Hz，在此基礎(chǔ)上再經(jīng)過俯仰和橫滾得到機(jī)體坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)為 0 Smx0HxC HCS100y yyHxmxcosmysinsinmzsinHymycosmzsinarctan(HHx.zcos(/q1q(/)sin(/q2x(y/)sin(/q3q(/)sin(/4 2(qqqq2 012(q2cos(/q1q(/)sin(/q2x(y/)sin(/q3q(/)sin(/4 2(qqqq2 012(q2q2) =arcsin2(q1q3q0q22(qqqq1 012(qq z0qq40qx0.5Wq0.5yq20.5x2143zq2y00qq1z32yxhggft [exp(0.5k1dtWkkktfetke1(0.5)2/xgy有dt。.coscossinsinsincoscoscossinsinsinsincossinsincossincoscossincoscossincoscossinsinsincoscoscossinsinsinsincossinsincossincoscossincoscossinsinCbcos2q2q2q2q2(qqqq2(qqqq 2 12 1q2q2q2q 2(qqqq2(qqqqq2q2q22 13 1 An g，Mn m3Ab az，Mb mzACnACb)1ACb)TAMCb)TM b b 2g(q2q4q1q32g(qqqqy3 1g(q2q2q2q2z 2m(qqqq)m(q2q2q2q2)2m(qqqq) 2 1 3 1Wtqk1XA(u)XQYIXIq1(0.5)2/ 0.5xyz0.51(0.5)2/0.50.51(0.5)2/0.5yzx0.51(0.5)2/ y 用陀螺儀的輸出計(jì)算Wt，然后更新姿態(tài)四元數(shù)狀態(tài)量，然后利用加速度計(jì)和磁計(jì)算了N次計(jì)算了N次Y四元數(shù)歸一化處15N初始轉(zhuǎn)換成初始四元5.3.飛行姿態(tài)1tu(t)K[e(t5.3.飛行姿態(tài)1tu(t)K[e(t)e(t)dtpDTI其中e(tkTu(k)Kp{e(k)e(i) [e(k)e(kT其中T沒有絲毫的滯后。但是P調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，PP控制系統(tǒng)難以穩(wěn)定。I調(diào)節(jié)能對偏差進(jìn)行累加，只要偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出就不斷變化，直到偏采用PD控制。下面以俯仰方向?yàn)槔?，闡述控制器的設(shè)計(jì)。，則errerrif(I_okerr_Iif(|err_I|I_err_ISgn(err_I)I_uKp(errTierr_ITd(errerr_prew))err_prewerrI_ok為積分起始判斷，Sgn為符號函數(shù)，err_I為積分累積量，err_自主懸?？刈灾鲬彝？?.1.自主懸停常見的位置控制有GPS和圖像定位。GPS定位系統(tǒng)適合在大空域范圍內(nèi)，普通定位10m左右。GPS可以獲得飛行器所在的經(jīng)緯度和高度，在實(shí)驗(yàn)室其它系統(tǒng)的測試中，發(fā)現(xiàn)利用GPS可以在短時(shí)間內(nèi)獲得較為良好的定位能力。GPS的絕對定位。本系統(tǒng)采用圖像定位，為方便起見，ARM。本系統(tǒng)采用無線圖傳系統(tǒng)，將機(jī)載6.3.自主懸停反由上面的硬件系統(tǒng)可以構(gòu)造下述簡單反饋回路。其中地面圖像處理采用openCV，88地面監(jiān)測及調(diào)地面監(jiān)測及調(diào)7.1.地面監(jiān)測matlabC編寫，主要包括數(shù)據(jù)處理（9）和實(shí)時(shí)顯示（圖97.2.調(diào)試及部分問題解決數(shù)范圍。具體形式為將四旋翼固定成蹺蹺板形狀，調(diào)節(jié)PID參數(shù)使得蹺蹺板平衡。PID整定。PIDPD后加入I的方式，調(diào)至水平阻尼足夠大后，基本可以用遙控器進(jìn)行飛行。IPD參數(shù)至系統(tǒng)阻尼較小，使得其不會(huì)產(chǎn)生IPD參數(shù)至系統(tǒng)阻尼較小，使得其不會(huì)產(chǎn)生Futaba后，明顯消除；遙控器接收機(jī)受到干擾，接收機(jī)信號線盡量遠(yuǎn)離電機(jī)D參數(shù)；確保主控制器每次循環(huán)運(yùn)行時(shí)間基本未來8.1.作為應(yīng)用未來8.1.作為應(yīng)用8.2.機(jī)動(dòng)性增8.3.續(xù)航能力參考文獻(xiàn)20077[3]AutonomousFlightinUnknownIndoorAbrahamBachrach,RuijieHeAnAttitudeDeterminationSystemForASmallUnmannedHelicopterUsingLow-CostSensorsTongyueGao,ZhenbangGong,JunLuo,WeiDingandWeiFeng，DepartmentofPrecisionMechanicalEngineeringShanghaiUniversityAlinearfusionalgorithmforattitudedeterminationusinglowcostMEMS-basedsensorsRongZhu,DongSun,ZhaoyingZhou,DingquWang述江2006年5月馮偉飛行器測控學(xué)報(bào)20072月清華大學(xué)航空航天學(xué)院飛行器動(dòng)力學(xué)-飛機(jī)運(yùn)動(dòng)微分方程課件杜建鑌ST公司AN3192applicationnote:UsingLSM303DLHforatiltcompensatedelectronic慣性導(dǎo)航秦永元致致1234567854R116425311332R9321AAMHeaderHeaderR10HeaderHeaderHeaderPC13R12R131.5kR14123CD/DAT3 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