基于STM32的小型四旋翼飞行器设计与研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 背景与意义

近年来得益于现代控制理论与电子控制技术的发展,四轴飞行器得到了广泛的关注,在民用与工业领域,具有广泛的应用前景。四旋翼飞行器其具有以下特点:

(1)体积较小可以工作在许多狭小的空间中,如深井、巷道、洞穴、管道等。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、四旋翼无人机的整机构成及其飞行原理;

2、对姿态角的建模,即数学建模,并通过收集实验数据拟合模型中的未知数;

3、根据建立的数学模型设计控制系统、设计控制系统硬件及程序;

2.2 研究目标

1、根据四轴飞行器的飞行原理设计出初步的四轴控制系统,包括四轴的硬件结构、控制系统硬件和软件;

2、根据四轴控制系统的结构特点和旋翼动力学,使用Matlab建立数学模型;

3、使用四轴飞行器来验证控制系统模型建立的准确性。

2.3 拟采用的技术方案

小型四旋翼无人机通过对接收到的传感器采集到的姿态信息进行姿态检测和解算,结合无线遥控信号,对飞行器姿态进行控制,使飞行器做出升降、前进、翻滚、偏航等动作。

(1)飞行器姿态解算:陀螺仪和加速度计的主要功能在于采集三个轴向上的角度和加速度,将采用卡尔曼滤波或滑动均值滤波使获得的数据尽可能的消除干扰,姿态角解算会采用互补滤波和卡尔曼滤波,通过实验对比两种方法的优劣性来确定最合适的方法。

(2)飞行器控制算法:控制算法拟采用双PID环算法或模糊控制。实施方案:做成实物之后,用两种不同的控制算法编程,拟采用STM32微处理器。调试之后得出两种不同算法的优缺点以供参考。

3. 研究计划与安排

时间

安排

第1~3周

查阅相关文献了解四旋翼无人机的机构、工作原理及现有的控制系统。

第3~7周

学习Matlab软件及应用并完成对姿态角的建模,即数学建模,通过收集实验数据拟合模型中的未知参数。

第7~14周

设计控制系统、设计控制系统硬件及程序。

第14~16周

完成毕业论文的撰写,提交论文,准确答辩。


4. 参考文献(12篇以上)

[1] 韩志凤,李荣冰,刘建业.小型四旋翼飞行器动力学模型优化[J].控制工程,May,2013,Vol. 20(S0):158-162

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[4] 凌金福.四旋翼飞行器飞行控制算法的研究[D]. 江西,南昌大学,2013.

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[11] 国倩倩.微型四旋翼飞行器控制系统设计及控制方法研究[D]. 吉林,吉林大学,2013.

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[14] 周雷;史丛乐.基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计与应用.电子设计工程.2017年:151-154
[15] 肖秋霞;池庆;黄昌文;陈冠华.基于串级PID四旋翼飞行器控制系统设计与实现.福建轻纺.2018年:53-58
[16] 程煦;郭珊珊;陈华宾.基于STM32单片机的四旋翼飞行器设计.电子世界.2017年:123-126

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