基于APM飛控的飛行器設(shè)計與調(diào)試

1.24萬字
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摘要 四軸飛行器是微型無人飛行器的一種，裝有4個螺旋槳且螺旋槳呈十字形交叉，分為前后和左右兩組(即對角線上為一組)。兩組螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向相反，可以抵消反扭力矩。螺旋槳具有固定漿距，飛行過程中只需改變四個軸的轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)各種復(fù)雜運動。它是集航空設(shè)計與制造、微機電系統(tǒng)、高性能數(shù)字計算機等技術(shù)于一體的多學(xué)科交叉的綜合性系統(tǒng)。他具有體積小、重量輕、成本低、機動性強，快速靈活等特點，因此有著廣泛的應(yīng)用前景。他[它]主要由高性能微處理器，電機驅(qū)動模塊及傳感器模塊組成。ArduCopter項目是基于APM(ArduPilotMega)自動駕駛平臺的世界領(lǐng)先的開源飛行器系統(tǒng)，硬件基于Arduino開源電子原型平臺，他[]是一個完整的無人飛行器解決方案。本文介紹了APM2.5上的各個硬件，簡單描述了各個硬件的作用。在搭建好ArduCopter四軸飛行器后，完成調(diào)試與測試飛行的研究工作，并對ArduCopter軟件系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了的研究。

關(guān)鍵詞：四軸飛行器 APM PID控制器 ArduCopter

Abstract QuadCcpter is an unmanned MAV(Micro Air Vehicle), with four propellers which are cross-shaped, Divided into two pairs of longitudinal and horizontally (as a group in a diagonal). Two propellers rotating in opposite directions , can counteract the anti- torque .The blade pitchIt of propellers is fixed, changing the rotational speed of the four propellers simply to do complex movement during the flight. It is an integrated system of a set of aviation design and manufacturing, MEMS, high-performance etc. of the integration of subjective. Because it has some features of small, light weight, low cost, highly mobility, and are fast and flexible. There is a broad prospect of application for the Quadcopters. He is mainly composed of high-performance microprocessor, motor drive module and sensor module. ArduCopter.is the leading open source multicopter UAV system based on APM (ArduPilotMega) autopilot and hardware are based on electronic platform of Arduino. It is complete UAV solution. This paper tintroduce hardwares of APM2.5 and functions of modules of APM2.5. After built up an ArduCopter we have a study of debug and flight test and do some research on ArduCopter software system.
Key words: Quadcopter APM(ArduPilotMega) PID controller ArduCopter


目 錄
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 本課題研究意義 1
1.1.2 四軸飛行器發(fā)展歷史 1
1.1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2 四軸飛行器基本原理 5
1.3 本課題研究內(nèi)容 6
1.4 本文內(nèi)容安排 6
第二章 四軸飛行器系統(tǒng)原理 7
2.1 四軸飛行原理介紹 7
2.2 硬件架構(gòu) 8
2.3 控制方法及算法 9
2.3.1 飛行器姿態(tài)解算方法 9
2.3.2 PID控制 9
第三章 基于APM飛控的四軸飛行器系統(tǒng) 11
3.1 四軸飛行器硬件 11
3.2 APM飛控板介紹 15
3.3 軟件介紹 17
3.3.1 ArduCopter四軸飛行器系統(tǒng) 17
3.3.2 地面控制站(Ground Control Station) 17
第四章 ArduCopter軟件系統(tǒng)研究 19
4.1 軟件系統(tǒng)架構(gòu) 19
4.1.1 軟件架構(gòu) 19
4.1.2 ArduCopter軟件系統(tǒng)組成 19
4.2 APM四軸飛行器工作原理分析 20
4.2.1 APM四軸飛行器控制原理 20
4.2.2 APM硬件系統(tǒng)配置初始化 21
4.3 主程序分析 23
4.3.1 飛行主程序 23
4.3.2 主循環(huán)fast_loop() 23
4.3.3 控制級PID算法 24
第五章 飛行器參數(shù)整定與試飛 26
5.1 ArduCopter配置 26
5.2 ArduCopter調(diào)試與試飛 26
第六章 總結(jié)與展望 29
致謝 30
參考文獻(xiàn) 31
附 錄 33