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四旋翼飞行器自动驾驶仪设计
资料介绍
根据四旋翼飞行器侧重于重量轻、体积小、功耗低、性价比高的特点，提出了一种数字式飞行控制系统的总体结构。飞行控制计算机是四旋翼飞行器自动驾驶仪的基本组成部件。采用模块化设计思想，设计开发了一种基于C8051F020高性能单片机为核心的飞行控制计算机。 为了便于控制，四旋翼飞行器采用对称分布的结构形式。本文分析了四旋翼飞行器的结构形式及其工作原理。对四旋翼飞行器的动力学、运动学特性进行分析，建立了非线性数学模型。通过引入四个控制量，把非线性模型分解成四个独立的控制通道，分解后的非线性模型又进一步采用小扰动法进行线性化，得出了悬停状态下四旋翼飞行器简化的线性模型，作为四旋翼飞行器控制对象进行控制系统设计。在密切联系四旋翼飞行器工作原理和线性模型的基础上，提出控制系统的控制策略以及实施方案，采用经典的PID控制方法，设计了四旋翼飞行器在悬停状态下姿态控制律和位置控制律。对数字仿真结果进行分析，验证了控制方案的可行性。 为了有效地调节四个电机转速来改变旋翼转速，从而控制四旋翼飞行器的姿态和位置，本文制作了四旋翼飞行器的结构外形，以传感器、飞行控制计算机、执行机构为核心，设计了实物试验平台。通过试验得出，直流电机转速和PWM波占空比的关系，旋翼拉力满足系统要求，执行机构反应迅速、连续，辨识的直流电机数学模型为惯性环节。试验验证了硬件和软件的功能及可靠性，设计方案的合理性。
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