共轴双旋翼飞行器在悬停状态下的姿态控制研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qaz_wsx_123
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共轴双旋翼飞行器由于结构紧凑、操纵性好、悬停效率高等特点,在军事和民用上得到广泛应用。为了使其能够在相对狭小的空间内达到理想的飞行效果并具有良好的机动性能,对共轴双旋翼飞行器的控制性能提出了更高的要求。本文对共轴双旋翼飞行器飞行姿态控制展开研究。基于共轴双旋翼飞行器性能的要求,本文选取直流无刷电机作为共轴双旋翼飞行器的驱动装置。在详细论述共轴双旋翼的基本结构和工作原理的基础上,建立数学模型。利用Matlab7.10.0/Simulink搭建了经典的仿真模型,其仿真结果表明该控制策略具有较好的性能。基于共轴双旋翼飞行器的飞行控制要求,在充分掌握共轴双旋翼飞行器的基本结构、工作原理和运动规律的基础上,根据刚体力学和运动学的理论知识,采用简化模型的方法建立了共轴双旋翼飞行器的非线性动力学模型,为其飞行控制系统的设计提供了相关依据。基于共轴双旋翼飞行器的非线性动力学模型,为了提高共轴双旋翼飞行器姿态控制精度和稳定性能,提出了一种增量式PID控制方法对共轴双旋翼飞行器的飞行姿态加以控制,并对共轴双旋翼飞行器的纵向、航向、横侧向三个姿态通道进行控制实验,实验结果表明所提方法能够迅速减小姿态角偏差,改善了系统的动态响应特性,有效的提高了飞行器的控制精度和稳定性能。基于STM32微处理器搭建了系统的整体结构框图,用Altium Designer开发工具对系统的硬件电路进行设计,包括主控制芯片、串口通信、I2C以及PWM等外围各个处理模块。软件部分是采用模块化结构设计思想进行开发,包括主程序、中断程序等流程图。用Codeblock emIDE开发工具进行软件程序的编写。完成上述工作之后进行系统测试,测试结果充分验证了控制策略的可行性和可靠性。理论研究和实验结果表明,本文针对于共轴双旋翼飞行器非线性动力系统模型所提出的增量式PID控制方法,可以有效地对共轴双旋翼飞行器的飞行姿态进行控制。
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