基于DSP的有缆六旋翼飞行控制系统研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liugang168
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随着无人机技术的发展,多旋翼无人机的应用领域越来越广泛。此类无人机能量来源依靠容量有限的机载电池,因此飞行时间和机载能力都受到了限制,这对多旋翼无人机的应用推广造成了障碍。本文从能量供给问题出发,提出了一种通过柔性线缆进行地面供电的方法。这种方法能够解决无人机续航和机载电子设备供电问题,使其能够被用于不间断定点监控、球赛转播及会场录制等。有缆六旋翼飞行控制系统主要由六旋翼飞行器、柔性线缆、上位机和线缆收放器组成。本文对所使用的柔性线缆和六旋翼飞行器进行了非线性模型的建立。设计了内环姿态环、外环位置环的双闭环飞行控制器。姿态控制器使用遗传优化模糊全局滑模控制,位置控制使用遗传优化PID控制。在滑模控制中加入模糊控制,能够减轻系统的抖振,从而使直流无刷电机的转速变化频率降低,进而减小机体的震动,有效的防止了机械结构的松动。机载捷联惯性导航所使用的传感器为主流的MEMS传感器模块,其中包括三轴陀螺仪、三轴磁力计、三轴加速度计和气压高度计。本文对这些传感器的特性进行了介绍,并分别利用三轴陀螺仪和三轴磁力计与三轴加速度计的组合两种方法对飞行器姿态进行解算,将两种解算的结果利用卡尔曼滤波算法进行融合以得到更加精确的姿态角,从而进行精确的导航信息解算。六旋翼飞行控制器的硬件和软件以TMS320F28335为主控芯片进行设计。实物实验分为室内静态测试和室外动态测试。静态测试是对姿态控制器功能进行测试,结果表明三个姿态角能够跟踪给定目标角度,俯仰角和滚转角的抖动比偏航角要大。动态测试是对位置控制器功能进行测试,结果表明有缆六旋翼飞行器能够对给定的位置目标量进行跟踪,抗风能力还需进一步加强。
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