无人机六旋翼设计Word文件下载.docx

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整方式。

并建立了六旋翼无人机的数学模型，根据实际情况对其数学模型进行了必

要的简化。

接着，论文完成了对于六旋翼无人机控制系统硬件平台的组建，组建了

高精度的传感器系统，并完成了飞行控制器硬件的设计与实现，完成了硬件调试工

作以及驱动的编写工作。

然后，论文建立了六旋翼无人机的完整控制系统，其中包

含位置控制部分、高度控制部分以及姿态控制部分，建立了一套完整的对姿态传感

器进行机械防震与数字滤波的方法；

提出了一种新颖的气压计、超声波传感器和加

速度计的融合方法，通过实验验证了滤波效果；

提出了一种优化的拉力分配方法使

得控制系统的可靠性得到增强。

接着，论文设计实现了飞行控制软件的主要功能，

从技术层面上对于实时性与可靠性进行了大幅的提升。

最后，论文通过悬停试验验

证了姿态控制器的控制精度；

通过抗干扰能力试验验证了姿态控制器的稳定性；

通

过信号跟踪试验验证了姿态控制器的跟踪性能；

通过高度控制实验验证了高度控

制器的控制性能；

通过视频跟踪实验验证了六旋翼无人机整体控制架构的合理性

与有效性。

关键词：

六旋翼无人机；

PID；

多环路控制；

数据融合

VI

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）

Abstract

Hex-rotorisonekindofsmallunmannedaerialvehicles（SUAV）whichhavethe

abilityofverticaltake-offandlanding（VTOL）.Itgetsthrustbycontrollingsixrotors

withpropellerswhicharedividedinto3groupsofcoaxialrotors.Itsattitudeiscontrolled

byregulatingthespinningspeedoftherotorswhichinturnmakesitsposition

controllable.Thehex-rotorhasmultipleadvantagessuchastheabilityofverticaltake-

offandlanding,goodmobilityandhighreliability.Therefore,thehex-rotorhasbroad

applicationprospectsandenormousvalueofresearch.

Firstly,theflyingprinciplewasdividedintofourmainmodesofmotionandanalyzed

separately.Thedynamicmodelofthehex-rotorSUAVwasdeducedwithsomenecessary

simplifications.

Then,thecontrolsystemhardwarewasbuiltusinghigh-precisionsensors.Thework

ofdebuggingthehardwareandprogrammingthedriverswasalsodone.

Inthefollowing,themaincontrolschemewasproposedwhichcomposedofthree

maincontrollers:

positioncontroller,heightcontrollerandattitudecontroller.Acomplete

solutiontoreducethenoiseinthegyroscopeandaccelerometercausedbyvibrationwas

proposedincludingmechanicalanti-vibrationmethodandadigitalfiltercalledalpha-beta

filter.Anewmethodoffusingthedatafromultrasonicsensor,barometerand

accelerometerwasproposedinthepaper.Experimentwasconductedtoprovethe

effectivenessofthefusionmethod.Anoptimizedthrustdistributionmethodwasalso

introducedtomaintaintherobustnessofthesystem.Sometechnologywasalso

introducedtokeepthereal-timeperformanceandreliabilityofthecontrolsoftware.

Finally,someflightexperimentswereintroducedtoprovetheperformanceofthe

controller:

hoveringtestforthecontrolleraccuracy,anti-interferenceforcontroller

stability,signal-trackingexperimentforcontrollertrackingcapabilityandvision-based

targettrackingfortheoverallsystemperformance.

Keywords:

Hex-rotor,PID,Multi-loop,Data-fusion

摘要..........................................................VI

Abstract.........................................................VII

第1章绪论.......................................................1

1.1论文研究的目的与意义....................................................................................1

1.2国内外研究现状................................................................................................2

1.2.1四旋翼无人机的研究现状.........................................................................3

1.2.2六旋翼无人机的研究现状.........................................................................4

1.2.3六旋翼控制理论研究现状.........................................................................6

1.3本文主要研究内容............................................................................................6

第2章六旋翼无人机数学模型的建立.................................8

2.1六旋翼无人机飞行机理分析............................................................................8

2.1.1坐标系定义.................................................................................................8

2.1.2四种基本运动.............................................................................................9

2.2六旋翼无人机机体结构设计..........................................................................10

2.2.1机架选型...................................................................................................10

2.2.2动力系统设计...........................................................................................11

2.3运动方程的推导..............................................................................................11

2.4本章小结..........................................................................................................16

第3章六旋翼无人机硬件设计......................................17

3.1总体方案..........................................................................................................17

3.1.1无线通讯链路...................................................