四轴无人机自动驾驶仪设计及控制方法研究

摘要

近年来，由于无人机的迅速发展，无人机技术有了较大的进步。随着无人机应用领域的不断扩大，无人机的应用功能和性能需求也在不断地变化。在现代控制领域，无人机需能够实现自主飞行，普通遥控无人机已经不能满足需求，这就使得自动驾驶仪应运而生。
　　传统的无人机控制系统只有一个处理器，在应对突发情况时，无法快速给出处理结果。本文对无人机控制系统增加一个处理器，形成主协控制器的控制系统，可以保证无人机能够快速响应各种飞行控制环境。主控制器主要用于接收由敏感元器件采集的无人机速度、加速度、方向、位置等信息，并进行姿态解算、处理控制算法等。主协控制器之间建立通信，完成基本数据的共享。协控制器可以捕获遥控信号，并输出四轴无人机的控制信号，这是为了保留自动驾驶仪遥控器控制的方式。同时，协控制器可扩展资源较多，可用于无人机后期扩展应用开发。在控制算法上，结合了神经网络控制算法的比例积分微分控制器，可以自适应调整比例积分微分控制器的三个参数，以实现对系统的快速、稳定控制，同时，本文对该控制方法进行了仿真验证。
　　本文完成了自动驾驶仪的总体设计，并在总体设计的基础上完成硬件电路、软件编程的设计，较为创新性地提出了主协控制器的处理方式，可以使飞行控制系统快速响应。在控制算法上，本文结合了智能控制算法的神经网络比例积分微分控制器，通过仿真验证了该算法快速稳定的优点，相较于传统比例积分微分控制算法可能会出现超调或振荡的情况，具有明显的优势。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 多旋翼无人机发展历史及国内外研究现状

1.3 论文内容及结构

第2章 自动驾驶仪的总体设计

2.1 四轴无人机基本介绍

2.2 自动驾驶仪的功能与原理

2.3 自动驾驶仪的组成

2.4 自动驾驶仪的总体框架

2.5 本章小结

第3章 自动驾驶仪的硬件设计

3.1 四轴无人机详细设计

3.2 控制系统

3.3敏感元器件组

3.4 四轴无人机动力系统和地面控制器

3.5 电源管理单元

3.6 本章小结

第4章 自动驾驶仪的软件设计

4.1 开发环境的搭建

4.2 通信总线方式

4.3 软件应用开发设计

4.4本章小结

第5章 四轴无人机控制算法研究

5.1 四轴无人机姿态解算

5.2 传统PID控制算法

5.3 神经网络控制算法

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢