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毕业设计(论文)-四轴飞行器的控制

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  • 卖家[上传人]:M****1
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    • 1、 编号:全套设计加扣3012250582 毕业设计(论文)说明书题学专目:院:业:四轴飞行器的控制学生姓名:号:指导教师:学职称:题目类型: 理论研究实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2014 年 5 月 30 日 摘 要四轴飞行器作为低成本的实验平台,在各个领域都有发挥作用的潜力。对比于其他类型的飞行器,四轴飞行器拥有结构简单紧凑,飞行效率高,机动灵活的优点。本文介绍四轴飞行器的设计过程,主要包括结构设计,硬件设计,软件设计三个部分。四轴飞行器的构件设计采用纯板件设计,全机仅使用三种不同的板件、一种型号的尼龙柱和一种型号的螺丝,即可组装成完整的机架实体。为了降低重量和信号连接线的复杂程度,减少 PCB 数量,设计中将导线设计在机架中,所以机架本身同时作为结构部件与 PCB两种功能。本设计为了解决传统飞行控制器接线复杂,模块较多的问题,采用了两个新的设计理念:硬件上使用单总线设计理念,软件上为虚拟智能终端。单总线设计理念是指使用一条贯穿全机的 CAN Bus 总线来代替绝大部分的信号线。虚拟智能终端使得终端虚拟化,实现单个硬件实体上运行多个终端的能力。增加了使用灵活度,减少了硬

      2、件实体的总数,减轻了编程负担。本设计使用的传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁阻传感器(电子罗盘)和大气压力传感器。定位系统包括 GPS,超声波测距模块。无线通讯方面,使用航模 9通道 RC 遥控器,串口无线透传模块。地面站使用开源项目 QGC(QGroundControl 项目),并使用开源协议 Mavlink(Micro Air Vehicle Communication Protocol)。姿态算法使用四元数算法,姿态误差修正算法使用互补滤波算法,控制算法为 PID 算法。关键词:四轴飞行器;姿态计算;四元数;远程控制;Mavlink AbstractAs a low cost experimental platform, quadcopters are very potential in many applicationareas. Comparing to other UAVs, quadcoters have many advantages like simple structure,high efficiency and good maneuverablility.

      3、 This essay introduces the processing of designinga quadcopter, including structure designing, hardware designing and software designing. Thequadcoters structure is constituted by 3 different parts, and all these parts are flats. In thisdesign, 3 different parts, 1 type of nylon pillar and 1 type of nylon spike can make up acompleted quadcopter. For reducing weight, wire complexity and the number of PCBs of thequadcoter, this designing put the wires in to the structures. So the structures also s

      4、erve asPCBs.In order to eliminate the complexity of wiring, two new design philosophies, Single Busand Virtual Smart Terminal, are used in this design. The Single Bus uses a CAN Bus toreplace all of the traditional wire connections. And several Virtual Smart Terminals can sharea single hardware terminal. These two philosophies improve the flexibility of the design,reduce the number of hardware terminal, and reduce the difficulty of programming.A serial of sensors are used in this design, includi

      5、ng 3-axis gyroscope, 3-axisaccelerometer, 3-axis magnetoresistive sensor and air pressure sensor. Positioning methodsare GPS and ultrasonic ranging. Wireless communication methods are a model RC controllerand a wireless serial port transceiver. Ground control station uses an open source project QGCand Mavlink protocol. Attitude calculation is based on quaternion and complementary filter.Control algorithm is PID.Key words: Quadcopter; Attitude Calculation; Quaternion; Remote-Control; Mavlink 目录引言

      6、.11 序论 .21.1 选题背景、目的、意义 .21.2 国内外发展现状 .21.2.1国外发展现状 .21.2.2国内发展现状 .32 系统综述 .32.1 四轴飞行器的飞行原理 .32.2 四轴飞行器的设计目标 .42.3 四轴飞行器的基本工作过程 .42.4 四轴飞行器的总体构成 .42.4.1 飞控构成 .52.4.2 电调构成 .52.4.3 电源板构成 .52.4.4 其他飞行支持器件 .52.5 编程语言、编程工具和 RTOS .52.5.1 编程语言 C语言 .52.5.2 编程环境 RealView MDK.62.5.3 实时操作系统 RT-Thread.63 可行性参数及结构设计 .63.1 可行性参数设计 .63.1.1 指定基本参数 .63.1.2 电机与螺旋桨选定 .73.1.3 电池的选型 .93.2 结构设计 .103.2.1 电源板与底板设计 .113.2.2 支臂设计 .123.2.3 电调板与电机座结构设计 .133.2.4 主体结构质量估算 .143.2.5 实物装配图 .144 硬件电路设计 .154.1 四轴飞行器单总线(CAN Bus)设计理念 .16 4.2 飞行控制器电路设计 .174.2.1 陀螺仪选型 .

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