基于双模导航的无人机飞行控制器研究

摘要

近些年来，随着微机电系统（M EMS）、传感器技术、惯性导航算法的成熟，以多旋翼为代表的无人机得到了快速发展。多旋翼无人机具有结构简单、机动灵活的特点，同时又有一定的负载能力，被大量应用于军事作战、航空拍摄、物流配送等领域。飞行控制器是无人机的核心部分，其优劣直接影响无人机的飞行性能。本文的目的是研究和设计一款基于双模导航（北斗+GP S）的多旋翼无人机飞行控制器。论文主要工作包括以下几个方面：
　　研究了无人机飞行控制基本理论。本文介绍了多旋翼无人机基本结构和控制方法，并对无人机姿态计算时的坐标转换理论进行了分析。基于某型多旋翼无人机结构，采用PID控制算法，搭建了控制系统模型。
　　设计多旋翼无人机飞行控制器。按照模块化思想，对主控芯片、各传感器芯片、双模导航模块、电源管理芯片、接口电路等进行了硬件选型和电路设计。主控芯片选用了STM32系列单片机，传感器选用了L3GD20H陀螺仪、LSM303D加速度计和磁力计、HMC5883数字磁罗盘和MS5611气压计，双模导航模块选用了NEO-M8N芯片。
　　本文对所设计的无人机飞行控制器进行了测试和相关指标分析。测试结果表明飞行控制器符合设计要求。最后将飞行控制器搭载于某型多旋翼无人机，实现了飞行。

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第一章 绪论

1 .1多旋翼应用现状

1 .2多旋翼飞行器的研究现状

1 .3本文研究的主要内容

第二章 多旋翼无人机控制相关理论和飞行姿态表示

2 .1多旋翼飞行器的主要结构

2 .2多旋翼飞行器的运动控制原理

2 .3多旋翼飞行器的姿态表示和运算

2 .4 PID控制原理及仿真

2 .5本章小结

第三章 飞行控制器设计

3 .1总体设计

3 .2微控制器的选型

3 .3传感器模块电路设计

3 .4导航模块电路设计

3 .5电源模块设计

3 .6其他外围电路设计

3 .7无人机飞行控制器系统软件设计概述

3 .8本章小结

第四章 多旋翼飞行控制器硬件测试

4 .1导航模块测试

4 .2各传感器静态数据测试

4 .3无人机动态测试

4 .4本章小结

第五章 总结与展望

5 .1论文总结

5 .2工作展望

参考文献

致谢

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