四旋翼飛行器控制系統(tǒng)ppt課件

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四旋翼飛行器控制系統(tǒng),所屬系統(tǒng)： 項(xiàng)目負(fù)責(zé)： 指導(dǎo)教師：,1,項(xiàng)目簡要,該項(xiàng)目是利用單片機(jī)通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制飛行器飛行展開的，通過調(diào)節(jié)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器飛行姿態(tài)的控制，使其實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、偏航運(yùn)動(dòng)、前后運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)等6種基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用陀螺儀進(jìn)行物體姿態(tài)檢測，利用智能傳感器技術(shù)和GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)使飛行器在無人操控的情況下實(shí)現(xiàn)智能化自主導(dǎo)航、自動(dòng)返航、地理圍欄等功能。,2,項(xiàng)目意義,通過該項(xiàng)目可以提高小組成員的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，有利于培養(yǎng)的實(shí)踐創(chuàng)新意識與基本能力；有助于工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高小組成員針對實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力。這一項(xiàng)目對于本專業(yè)的學(xué)習(xí)具有不可忽視的推動(dòng)作用。,3,設(shè)計(jì)背景,四軸飛行器要完成各種任務(wù)就需要依賴人工無線電遙控導(dǎo)航，人工遙控導(dǎo)航飛行只能在視野范圍內(nèi)進(jìn)行，如果四軸飛行器要執(zhí)行視野范圍外的任務(wù)，就必須自主導(dǎo)航。目前國內(nèi)四旋翼飛行器多為人工遙控航模四旋翼飛行器，依賴于人工遙控，缺乏自主能動(dòng)性。且受模型準(zhǔn)確性和傳感器合理性等影響，飛行姿態(tài)難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，基于這些缺點(diǎn)，我們提出四旋翼飛行器控制系統(tǒng)這一項(xiàng)目。,4,國內(nèi)四旋翼飛行器發(fā)展現(xiàn)狀,,,2009年，一臺(tái)叫做“旋翼飛行機(jī)器人”的空中多功能自主飛行機(jī)器人在中國中科院沈陽自動(dòng)化研究所研制成功，并在災(zāi)害搜救的實(shí)際測試中取得很好的效果。 近年來，國內(nèi)四旋翼飛行器發(fā)展迅速，由人工遙控導(dǎo)航向自主導(dǎo)航發(fā)展，它們被用于許多不同領(lǐng)域：航空攝影、空中考古、空中監(jiān)視、植被調(diào)查、消防救災(zāi)、邊境控制、警察、特種部隊(duì)和軍隊(duì)等等。,5,項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo),計(jì)劃目標(biāo)是在實(shí)際測試中，四旋翼飛行器能完成從自主起飛，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的航跡點(diǎn)進(jìn)行自主巡航飛行，懸停在空中或超低空來獲取需要的數(shù)據(jù)或完成一些簡單的任務(wù)，最后進(jìn)行自主降落等一系列科目。同時(shí)可以切換人工/自動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)雙模式共同操作四旋翼飛行器。,6,四旋翼飛行器原理,四軸的控制原理就是，當(dāng)沒有外力并且重量分布平均時(shí)，四個(gè)螺旋槳以一樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，在螺旋槳向上的拉力大于整機(jī)的重量時(shí)，四軸就會(huì)向上升，在拉力與重量相等時(shí)，四軸就可以在空中懸停。在四軸的前方受到向下的外力時(shí)，前方馬達(dá)加快轉(zhuǎn)速，以抵消外力的影響從而保持水平，同樣其它幾個(gè)方向受到外力時(shí)四軸也是可以通過這種動(dòng)作保持水平的，當(dāng)需要控制四軸向前飛時(shí)，前方的馬達(dá)減速，而后方的馬達(dá)加速，這樣，四軸就會(huì)向前傾斜，也相應(yīng)的向前飛行，同樣，需要向后、向左、向右飛行也是通過這樣的控制就可以使四軸往我們想要控制的方向飛行了。,7,四旋翼飛行器的6種基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài),8,9,,總體結(jié)構(gòu),電池,電調(diào)4,電調(diào)3,電調(diào)2,電調(diào)1,電機(jī)1,電機(jī)2,電機(jī)3,電機(jī)4,傳感器,無線傳輸模塊,飛行控制板,,,,10,控制系統(tǒng)電源,四旋翼飛行器采用3.7伏鋰電池供電，用1sUSB充電器給鋰電池進(jìn)行充電。,11,飛行控制板,四旋翼飛行控制板計(jì)劃采用STM32作為主控制器，STM32是一款基于ARM的32位MCU的閃存、USB、CAN、7個(gè)16位定時(shí)器、兩個(gè)ADC和9個(gè)通信接口的芯片。STM32豐富的片上資源可滿足各類傳感器通訊需求，與傳統(tǒng)飛行控制器相比，大大的降低了開發(fā)成本，節(jié)約了資源。是一款非常適合本項(xiàng)目開發(fā)使用的單片機(jī)。,12,無線通信模塊,無限通信模塊采用2.4G無線收發(fā)模塊nRF24L01來實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器與遙控器之間信息的交互，實(shí)現(xiàn)遙控器對四旋翼飛行器的操控，遙控器用一塊1S鋰電池經(jīng)升壓板輸出9伏電壓作為電源。,13,傳感器,為實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的人工智能，除采用傳統(tǒng)的6軸傳感器MPU6050，我們將嘗試用超聲波傳感器，紅外傳感器，增加攝像頭，用DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壁障，加入電壓傳感器，實(shí)現(xiàn)對電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，加入了GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)使其擁有了自動(dòng)導(dǎo)航等功能，在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我們還將添加電子羅盤，將偏航角引入到導(dǎo)航計(jì)算中，從而使飛行器的飛行路線更加精確與穩(wěn)定。,14,程序流程圖,開始,系統(tǒng)初始化,3ms中斷？,數(shù)據(jù)采集次數(shù)=160xn？,接受解碼遙控信號,設(shè)置相應(yīng)飛行參數(shù),采集傳感器數(shù)據(jù),控制量輸出,進(jìn)行長周期數(shù)據(jù)融合,進(jìn)行短周期數(shù)據(jù)融合,Y,N,Y,N,,15,創(chuàng)新點(diǎn),1.采用STM32作為主控制器，增強(qiáng)了處理速度。STM32豐富的片上資源可滿足各類傳感器通訊需求，與傳統(tǒng)飛行控制器相比，大大的降低了開發(fā)成本，節(jié)約了資源。 2.采用2.4G無線收發(fā)模塊nRF24L01，保證了 信息的傳輸。 3.采用了C語言編寫單機(jī)程序，條理清晰。 4.使用了PID控制器進(jìn)行飛行器的姿態(tài)控制，無 需對飛行器進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)建模，且PID控制器結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，工作可靠，調(diào)整方便。,16,創(chuàng)新點(diǎn),5.使用了智能傳感器技術(shù)，與傳統(tǒng)飛行器相比更具智能化。 6.使用了GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，使飛行器具備了自主導(dǎo)航、自動(dòng)返航、地理圍欄等傳統(tǒng)人工遙控導(dǎo)航飛行器所不具備的功能,17,應(yīng)用前景,本項(xiàng)目研究成果將為四旋翼飛行器更加出色的完成各種任務(wù)提供無限可能，也可用于航拍、室內(nèi)狹小空間的偵查任務(wù) 、實(shí)時(shí)監(jiān)控 、兒童玩具等方面。擁有廣闊的市場前景。,18,實(shí)施思路,首先，小組成員對項(xiàng)目進(jìn)行分析規(guī)劃，制定合理計(jì)劃，通過指導(dǎo)老師指導(dǎo)、查閱相關(guān)書籍等方式對所需知識進(jìn)行積累。 其次，小組成員了解項(xiàng)目原理并在軟件上仿真實(shí)現(xiàn)。 再次，購買所需設(shè)備，組裝焊接完成項(xiàng)目產(chǎn)品。 最后，完成項(xiàng)目產(chǎn)品的軟硬件調(diào)試。,19,謝謝！,20,