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面向桥梁检测的四旋翼飞行器控制系统研究
| 论文题名： | 面向桥梁检测的四旋翼飞行器控制系统研究 |
| 关键词： | 四旋翼飞行器;桥梁检测;控制系统;硬件设计;PN码定位算法;姿态估计 |
| 摘要： | 随着航天技术的不断发展和成熟，微小型无人机已经成为全世界航天领域研究的重要方向之一。其中，四旋翼飞行器不但具有无人机系统制造成本低，在执行任务时人员伤害小，具有优良的操控性和灵活性等的优点，而且还具有起飞和降落所需空间少，在障碍物密集环境下的可控性强，以及飞行器姿态保持能力高等优势，逐渐成为微型无人机中的研究热点。 本文中，以桥梁检测为应用背景，提出了四旋翼飞行器的几种关键技术，包括数学建模、硬件设计、PN码定位算法、姿态估计方法等，主要研究内容如下: (1)根据四旋翼飞行器的飞行结构及工作原理，建立飞行器的动力学模型。 (2)针对四旋翼飞行器在桥梁检测上的应用，介绍了飞行器的组成部分及各部分的主要功能。 (3)由于无人机的稳定性取决于快速估计，提出了基于折反射系统、扩展型卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter简称EKF)、惯性测量单元(InertialMeasurement Unit简称IMU)的姿态估计系统，并将这三个控制器结合在一起，形成多线程并发处理，分工协作，能快速获取飞行器姿态信息，使飞行器在飞行过程中能快速稳定飞行。 (4)本文提出基于桥底四旋翼飞行器的精确定位—PN(Pseudo-randomNoise)码精确定位算法，利用三个锚节点同时发射各自PN码的电磁波，四旋翼飞行器的接收机接收该电磁波，通过解扩、解调，得到三束电磁波间的相位误差，计算出飞行器与锚节点之间的距离，进而通过几何计算，得出飞行器的精确位置。 (5)利用PID控制器设计四旋翼飞行器的控制系统，建立了四旋翼飞行器的内外两个回路，即为姿态控制回路和位置控制回路。在matlab环境中，对各回路进行仿真分析。 (6)采用嵌入式智能控制技术，其主控制器选用了高性能、低成本的STM32系列的嵌入式处理器，搭建四旋翼飞行器的硬件平台，并进行飞行测试。通过该测试验证了扩展卡尔曼滤波器、精确定位算法和PID控制算法的可行性。 |
| 作者： | 王小莉 |
| 专业： | 计算机应用技术 |
| 导师： | 许登元 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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