B735-四旋翼飞行器设计与控制[含SW三维图] 下载积分：150　资料编号： B735

作品包括:

Word版说明书1份，共82页，约33000字

CAD版本图纸，共6张

SW三维图一份

摘要

四旋翼飞行器具备 VTOL(Vertical  Take-Off  and  Landing，垂直起降)飞行器的所有优点，又具备无人机的造价低、可重复性强以及事故代价低等特点，具有广阔的应用前景。可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。能够执行禁飞区巡逻和近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。在民用方面可用于灾后搜救、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。工业上可以用在安全巡检，煤矿井下等人工不容易到达空间进行安全任务检查与搜救工作，能够对执行区域进行航拍和成图等。因此，四轴飞行器的研究意义重大。

本文主要对四旋翼飞行器的机械系统、姿态测量系统、电控系统、软件系统进行了讨论和设计。在机械系统部分，首先对四旋翼飞行器的运动机理进行了分析，然后进行了机体机构的设计和建模；在姿态测量系统，主要先对测量系统的姿态解算及误差进行了建模，然后根据建立的数学模型，对姿态测量系统进行了具体的设计及算法的实现；在电控系统部分，主要先对硬件电路进行了设计与选型，然后对数字PID控制器进行了设计；在软件部分，实现了包括硬件驱动程序及相关算法实现的一整套程序的编写。

最后，实现了机体的制作和姿态测量系统的组装及调试。

关键字：四旋翼飞行器； 姿态测量系统； 姿态融合； 误差模型； 飞控程序；

目录

1 绪论1

1.1课题的研究背景及意义1

1.2国内和国外研究的现状1

1.2.1国外研究的现状1

1.2.2国内研究的现状4

1.3本论文所研究的主要内容4

1.4 论文的组织结构4

2 系统总体方案的设计5

3 四旋翼飞行器机械系统的设计6

3.1四旋翼飞行器的运动机理6

3.2机体结构的设计7

3.2.1机体主要零件的设计7

3.2.2螺旋桨的选型9

3.2.3电动机的计算与选型9

3.3 四旋翼飞行器的三维建模10

3.3.1软件的相关介绍10

3.3.2四旋翼飞行器零件的建模10

4 四旋翼飞行器导航系统的设计13

4.1导航系统的选择13

4.2捷联式惯导系统原理方案的设计14

4.3四旋翼飞行器惯导系统的数学建模14

4.3.1坐标系定义14

4.3.2四旋翼飞行器的姿态表示15

4.3.3四旋翼飞行器的加速度计解算模型16

4.3.4四旋翼飞行器的陀螺仪解算模型18

4.3.5系统误差模型21

4.4误差模型的标定和处理23

4.4.1陀螺仪误差的处理24

4.4.2加速度计误差的处理25

4.5姿态融合25

4.5.1姿态融合算法的选择26

4.5.2自适应显式互补滤波算法的设计26

4.6捷联惯导算法的设计30

4.6.1姿态更新算法的选择30

4.6.2姿态更新的四元数算法的设计30

5 四旋翼飞行器电控系统的设计33

5.1电控系统总体结构的设计34

5.2电控系统硬件模块的设计与实现34

5.2.1微控制器模块34

5.2.2姿态测量模块37

5.2.3电调模块的选型39

5.2.5电池的选型42

5.2.4无线遥控模块43

5.3控制系统的动态设计——PID控制器的设计与实现45

5.3.1 PID控制器原理及C语言实现程序46

5.3.2 PID控制算法的选择48

5.3.3 数字控制器-PID的设计48

5.3.4 PID控制器参数整定49

6 四旋翼飞行器软件系统的设计50

6.1开发开具和开发环境50

6.2程序的总体结构的设计50

6.2.1程序流程图50

6.2.2程序文件夹的组成50

6.3主函数的设计与实现51

6.4中断服务程序的设计与实现52

6.5 BSP文件夹53

6.5.1bsp_NVIC.c文件53

6.5.2 bsp_I2C1.c文件53

6.5.3 bsp_TIM2_OutPwm.c文件55

6.5.4 bsp_TIM3_interupt.c文件56

6.5.5 bsp_TIM4_InPwm.c56

6.5.6 bsp_mpu6050.c文件58

6.6 APP文件夹59

6.6.1 app_mpu6050_data_process.c文件夹59

6.6.2 app_IMU.c文件60

6.6.3 app_Control_PID.c文件62

6.7 BSP程序中的主要函数的编写过程63

6.7.1 PWM输入测量63

6.7.2 输出PWM64

6.7.3 I2C通信65

6.7.4 mpu6050初始化设置67

7 四旋翼飞行器样机的制作72

7.1四旋翼飞行器机械零件的加工制作72

7.2四旋翼飞行器电控硬件模块的焊接制作72

7.3四旋翼飞行器的总体实物74

参考文献75

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