四旋翼飞行器设与控制 开题报告.doc

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计开题报告 姓 名： 学 号： 学 院： 机电工程学院电子工程设计与控制权论文(设计)题目 四旋翼飞行器设计与控制 四旋翼飞行器：非共由操作手控制的，由呈十字交叉的螺旋桨进行驱动自动控制理论基础进行控制一种如图。多旋翼飞行器的，其结构简单，灵活性较高，人类的日常生活中还是在的领域中其可扩展性高，多地点多领域中都的作用，近地面可进行，在领域可侦查和有哪些信誉好的足球投注网站在矿井下可进行瓦斯含量及矿井温度数据的采集复杂地形中可进行地址勘探，人身体有害的环境中可进行货物的运输等，可以看出，诸多中可以降低任务的成本和保障人员的安全具有极高的应用价值和较高的研究价值 早在2003年，作为美军未来作战系统(FCS,Future Combat Systems)的重要组成部分，美国国防部先进项目研究微小型具有很强的隐身性能完成对生物或者是 2005年10月，美国第25步兵师在代号为“明星-2005”的联合军事演习中 首次展示了其XM156排级(Class I)微小型飞行器(又名Honeywell RQ-16T-Hawk)。该飞行器能够在市区等各类复杂的环境下进行盘旋和监视,在战术作战中广泛前景，如图1-6所示： 图1-1 美军XM156排级(Class I)微小型飞行器 近十年来国内外诸多高校、研究团体和商业机构也在非军事领域对以四旋翼 飞行器为代表的多旋翼飞行器及其应用进行了大量密集的研究和探索，目前的研 究也主要集中在微型四旋翼飞行器和小型四旋翼飞行器两方面，更加清晰地凸现 了嵌入式技术在其中的应用。2003年，美国宇航局先进概念研宄所(NASAsInstitute for Advanced Concepts)与斯坦福大学(Stanford University)联合设计并制造了一架微型四旋翼飞行器(Mesicopter)，如图1-7所示： 图1-2 美国宇航局研究的微型飞行器 该飞行器使用直径为的三叶片螺旋桨，四个内转子无刷电机进行驱动，螺旋桨可以产生的升力，足以将总重量为的机身和电池等推离地面目前针对该飞行器的、微型内转子无刷电机、微型飞行控制器的研究已经完成。 图1-3 斯坦福大学的设计一架小型四旋翼飞行器STARMAC STARMAC 的全称为 Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi-AgentControl，使用了多达三个强大的处理器和操作系统控制，其中一片Pentium M(1.8GHz、IG RAM)处理器用于高级飞行控制，一片Intel PXA270 (400MHz64MB RAM)用于导航，一片Atmel Mega 128用于基本飞行控制。STARMAC是多传感器数据融合控制的典范，其飞行控制系统融合了包括惯性测量单元、GPS、红外距离传感器和超声波雷达等的多个传感器数据。 2010年，法国Parrot公司在国际消费电子展(CES, International ConsumerElectronics Show)上推广了第一架可以由手机等多种智能设备控制的四旋翼飞行器(AR.Drone)，如图1-9所示。该飞行器的飞行控制系统使用三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和气压传感器等,由嵌入式Linux操作系统控制，可以由iPhone、iPad、iPod Touch等运行iOS操作系统的智能设备和其 他运行Android操作系统的智能设备控制，支持蓝牙和Wi-Fi等多种连接方式。 AR.Drone在机身前方和机身下方分别内置了两枚摄像头，最高可录制高达480P 的视频,视频画面会同步传送到手机或平板电脑上。由于嵌入式软/硬件的使用AR.Drone的飞行非常稳定，在飞行控制上也无需过多人工干预，只需倾斜或轻 触手机或平板电脑等智能设备即可实现控制，即使控制连接突然断开，该飞行器 也可以进入自动飞行状态,在保证飞行稳定的前提下实现自主安全降落。 图1-4 智能控制的 AR.Drone使用了 S3C6440嵌入式微控制器和嵌入式Linux操作系统,成为嵌入 式技术应用的经典范例。得益于嵌入式硬件和软件技术的迅猛发展，AR.Drone 以极低的成本使四旋翼飞行器在消费电子领域获得了巨大的成功，使四旋翼飞行 器第一次走进了人们的生活。截至2012年12月5 FJ. AR.Drone在我国大陆京东商城( )屮的售价仅为人民2399元。 四旋翼飞行器重要特性之一是多学科交叉性，了机械设计机械原理、控制技术、计算机科学、通讯技术、技术等在目前的众多中，这些都有所应用，但是的效果还是不尽人意，存在着多问题如设计方面的可靠性稳定性不够高，无线通讯方面图像