飞行高度自主控制四旋翼飞行器系统设计-机械设计及其自动化毕业设计论文

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'飞行高度自主控制四旋翼飞行器系统设计-机械设计及其自动化毕业设计论文'
毕业设计题目:飞行高度自主控制四旋翼飞行器系统设计姓 名: 陈中浩 学 号: 2012090371121学 院: 机电学院专 业: 机械工程及自动化指导教师: 张东波协助指导教师: 2020年09月22日近儿年来,由于新技术的不断革新,无人机行业也得到了很好的发展,现如今已 运用于各行各业中。本文使用普通的四旋翼飞行器,外加传感器实现四旋翼的高度自 主控制。利用廉价的四旋翼组件组成一个只有姿态稳定功能的四旋翼飞行器,通过外 设的传感器和高度获取和控制算法,实现自动的定高。本文通过拓展的控制板,利用 滤波算法获取外加在四旋翼飞行器上的超声波传感器,运用PID控制来自动控制四旋 翼的油门输出。该四旋翼能够在室内外低空,地形多变的场地,利用廉价的控制器实 现精准的相对地面高度不变的自主高度控制。关键词:四旋翼 超声波传感器PID控制 自动控制AbstractIn recent years, due to the constant innovation of new technologies, the UAV industry has also been a very good development, is now used in all walks of life. As used herein, the ordinary Quadrotor aircraft, plus Quadrotor height sensor to achieve autonomous control. Using cheap components of a Quadrotor only attitude stabilization feature Quadrotor aircraft, sensors and peripherals through a high degree of access to and control algorithm for automatic set high. By expanding the control panel, the use of filtering algorithm is applied to obtain on a Quadrotor ultrasonic sensor, automatically controlled using PID control Quadrotor throttle output. The Quadrotor capable of indoor and outdoor low-altitude, varied terrain of the site, the use of low-cost autonomous controllers highly precise control of constant height relative to the ground.Key word: Quadrotor ultrasonic sensor PID control automatic control目录摘要 IAbstract II引 言 11四旋翼飞行器系统方案的确定 21. 1四旋翼飞行器定高系统控制任务 21. 2四旋翼飞行器的基本组成 21?3基于arduino的高度自主控制系统 31. 3. 1基于激光传感器的高度自主控制系统 31.3.2基于超声波传感器的高度自主控制系统 41. 3. 3四旋翼高度自主控制系统 51?4四旋翼高度自主控制系统小结 62四旋翼飞行器硬件设计 72. 1硬件选型 72.2 I/O分配表 102. 3硬件原理图 112. 4硬件设计小结 123控制系统的软件设计 133.1程序设计思路 133. 2四旋翼飞行器的控制流程及控制功能 153. 3程序流程图 163.4 PID控制程序分析 173?5软件设计小结 18-in-4系统软硕件调试 194. 1飞控硬件调试 194?2飞控软件调试 214. 3程序调试屮出现的问题及解决方法 244.4四旋翼飞行器高度自主控制系统 25结 论 26致 谢 28参考文献 29引言近年來,多旋翼飞行器被大量的使用并受到各业的重视和关注,多旋翼飞行器是 一种结构非常新颖、操控性能稳定简单、可以垂直起降的飞行器。其带负载能力强、 飞行范围广、留空续航时间长等特点,具有很高的军事研究价值和民用价值,现如今 已经走入了人们的口常生活屮,被广泛的运用。在多旋翼的技术研究发展的过程屮, 单片机、传感器和各类算法等技术相互互补相互配合,组成多旋翼的根本核心,所以 多旋翼飞行器的发展就会被其屮某项技术的研究突破所带动起来,能來带许多科技创 新,拓宽很多新功能,甚至许多是我们当前无法想到的。在1907年,法国的C.Richet教授进行了他们的旋翼式直升机的飞行试验,这是 有记录以来多旋翼飞行器最早的结构形式,但是由于当时在导航和控制上的技术还不 成熟,多旋翼飞行器也受到了很大的限制,如今各项技术都有了非常大的进步和发展, 多旋翼飞行器得以实现。在功能上,多旋翼飞行器可以实现许多过去不能做到的技术, 随着人工智能的不断发展,现在的四旋翼飞行器可装配高清摄像头在飞行屮实现安 、消防领域的工作。四旋翼的大负载能力和长时间续航能力在快递行业和农业上也 得到了很大的利用,GPS技术可以实现四旋翼飞行器的精确定位,可以不需要人工遥 控操作,就能自动实现预定的飞行路线和轨迹。2013年TED大会上麻省理工大学展 示了搭载在无人机上的雷达,通过飞行器在位置的楼房飞行绘制出当前地形的三维图 像;褂型ü柑ㄋ闹岱尚衅髁洗罱ɑ灸?,这都是是非常有发展空间的探索研 究。本文基于单片机和传感器实现四旋翼飞行器的自动定高功能,多旋翼飞行器的自 动定高功能将使飞行器稳定在固定的高度。本文通过高度传感器测量高度并使用嵌入 接收与飞控Z间的控制板来控制飞行器当前高度实现自动定高,当飞行器遇到突起或 坡道时,可以H动实现相对地面位置的高度保持。本文将通过飞行器的硬件系统设计, 传感器选择,软件设计,飞行器系统调试来讲述飞行器自动定高功能的研究与实现。1四旋翼飞行器系统方案的确定1.1四旋翼飞行器定高系统控制任务四旋翼飞行器如今受人们广为关注,基于它起降条件要求低,可靠的稳定性等强 大的功能,被大量的使用。四旋翼飞行器有着广阔的前景和发展空间,所以研究四旋 翼飞行器是具有非常大的应用价值。本课题以四旋翼为平台设计飞行高度自主控制的飞行器系统,实现飞行器能够在 特定高度范围里进行自主的控制功能,并且飞行器的飞行高度可以由使用者自行设 定。本课题要求对飞行器高度的实时检测反馈,并能够通过反馈的高度信息,测量当 前高度与预设高度的偏差值,自主控制飞行器改变当前的高度。本课题要求四旋翼在一定高度范围内完成自主控制功能,使用的四旋翼需耍在 300mm轴距以内,设备载重600g以内,由于定高高度相对较
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