【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 多旋翼無人機(jī)變結(jié)構(gòu)控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 中文摘要 小型 可變結(jié)構(gòu)的 無人駕駛的旋翼機(jī)，簡稱為 變結(jié)構(gòu) 無人機(jī) ,是一種處于現(xiàn)代化發(fā)展中涉及軍 、農(nóng)、工 等 領(lǐng)域的新型概念裝備， 滿足靈活 、快速、安全 、可 遠(yuǎn)距離操控 ，并且可以 到一些人類無法到達(dá)的地域 等優(yōu)點(diǎn)。無人機(jī)可以 通過裝載一些傳感器 或 新型硬件來實(shí)現(xiàn)視屏影像 傳輸、 空中物品運(yùn)輸、危險(xiǎn)地區(qū)勘探 等功能，是 對低空和不足之處的補(bǔ)充 。 目前，無人機(jī)已經(jīng) 被應(yīng)用于 軍 方 、科研、民用三大領(lǐng)域，具體在 諸如通信、海洋勘探、攝影等領(lǐng)域應(yīng)用甚廣。目前無人機(jī)動(dòng)力源一定的情況下在空中僅能提 供給無人機(jī)本身重量的短距離續(xù)航能力，而無法實(shí)現(xiàn)長距離的飛行，同時(shí)動(dòng)力源一定的情況下載重量過小。無人機(jī)在變結(jié)構(gòu)中的控制還不完善，有必要對其進(jìn)行進(jìn)一步的控制完善和改善。 本文就針對變結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了深入的描述和改進(jìn)。 關(guān)鍵詞 ： 變結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu) ； 控制電路；飛控程序；變結(jié)構(gòu)；過程控制； II Design and implementation of variable structure control circuit for multi rotor unmanned aerial vehicle ABSTRACT Unmanned aircraft, unmanned aerial vehicles (referred to UAV), is a kind of developing to the military field, the field of agriculture, the new concept in the field of industrial equipment, which has flexible, rapid response, unmanned flight, remote control, and can reach the advantages of people can not reach the area. UAV to achieve realtime image transmission through with several kinds of sensors or other devices, highrisk area detection, item spawn functions, is a plement to traditional aerial remote sensing satellite remote sensing and rapid response capability. At present, the application of UAV has been developed to the military, scientific research, civilian three areas are the specific applications such as electric power, munications, meteorology, agriculture, marine, exploration, photography, disaster prevention and mitigation, estimating the yield of crops in the fields of drug smuggling, border patrol, anti terrorism and other security applications is very wide. There is no short distance endurance UAV power source in the case of certain air can only give the UAV itself weight, and unable to realize long distance flight, and the power source download weight is too small. The UAV Control in variable structure is not perfect, it is necessary to further improve and perfect control. Keywords: variable structure mechanical structure。 control circuit。 flight control program。 variable structure。 process control。 III 目錄 第一章 緒論 ............................................................................................. 1 無人機(jī)的發(fā)展歷程 ........................................................................ 1 國外無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................... 1 國內(nèi)無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................... 1 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的 前景 與未來 ......................................................... 2 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的優(yōu)勢 ........................................................... 2 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的 前景 狀況 .................................................... 4 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的未來 ........................................................... 4 總結(jié) .............................................................................................. 5 第二章 四旋翼無人機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型分析及姿態(tài)控制算法 .................... 6 四旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)和飛行理論 .................................................. 6 無人機(jī)的系統(tǒng)組成 ............................................................... 6 四旋翼無人機(jī)的飛行理論 .................................................... 7 傳統(tǒng)四旋翼無人機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型 ............................................ 10 動(dòng)力學(xué)方程 ....................................................................... 10 控制系統(tǒng)狀態(tài) .................................................................... 16 四旋翼無人機(jī)的姿 態(tài)控制算法 ................................................... 18 控制算法流程 .................................................................... 19 總結(jié) ............................................................................................ 21 第三章 變結(jié)構(gòu)控制和四旋翼理論結(jié)合的理論基礎(chǔ) ................................. 22 多旋翼無人機(jī)中四旋翼變結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ) ..................................... 22 變結(jié)構(gòu)理論實(shí)現(xiàn)分析 ......................................................... 22 總結(jié) ............................................................................................ 25 第四章 控制實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)功能的機(jī)械和程序設(shè)計(jì) .................................... 26 實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)功能的機(jī)械設(shè)計(jì) ....................................................... 26 變結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................... 26 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的基本控制主程序 ............................................... 26 控制基本流程 及仿真模擬 .................................................. 26 變結(jié)構(gòu)控制程序 ......................................................................... 31 控制主程序及關(guān)鍵程序編寫 .............................................. 31 總結(jié) ............................................................................................ 33 第五章 實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)功能的硬件及電路設(shè)計(jì) ............................................ 34 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的硬件組成及功能 ............................................... 34 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的硬件組成 .................................................. 34 變結(jié)構(gòu)無人機(jī)的電路設(shè)計(jì)及組成 ............................................... 35 中心控制 系統(tǒng) 的電路設(shè)計(jì) .................................................. 35 總結(jié) ............................................................................................ 38 第六章 總結(jié) ........................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ................................................................................................ 40 致謝 ....................................................................................................... 41 1 第一章 緒論 無人機(jī)的發(fā)展歷程 國外無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 一個(gè)新型的事物大多數(shù)都是因?yàn)閼?zhàn)爭才產(chǎn)生的，本文所討論的變結(jié)構(gòu)多旋翼無人機(jī)也一樣，無人駕駛的無人機(jī)的出現(xiàn)是在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期，而且一開始發(fā)展可以說是困難重重。英國卡德爾將軍提出 制造一種在沒有人駕駛的情況下并且攜帶炸藥的飛機(jī) ，可以按之前設(shè)置好的預(yù)定地點(diǎn)飛到預(yù)定地點(diǎn)上空進(jìn)行作戰(zhàn)。然而多次實(shí)驗(yàn)均以失敗告終。 1917年人們可以盡情的放飛思想來探索時(shí)代。 人們將無人機(jī)的定義為是可以在長距離輸送信號(hào)，目的是讓無人機(jī)自身完成對其自身空中狀態(tài)進(jìn)行控制。二十年代的概 念模仿蜜蜂的新式無人機(jī)可以說是這一新型事物的處女座與此同時(shí)無人機(jī)被 用于執(zhí)行 高 空 遠(yuǎn)距離 偵察。由于當(dāng)時(shí)的科技水平不高，任務(wù)沒有達(dá)到初期預(yù)想的那樣，最終被軍方放棄。后來逐漸隨著科技不斷進(jìn)步，無人 機(jī)的相關(guān)配套科技技術(shù)在不斷進(jìn)步完善被論證當(dāng)中 ， 80年代 左右 新一代無人機(jī)在戰(zhàn)場上的優(yōu)越表現(xiàn)吸引了世界各國人民和軍事界人物和政客們的眼球受到了功能性的認(rèn)可， 讓 原本概念型的 無人機(jī)重回 世界的視線中 ?？梢妵庠跓o人機(jī)的發(fā)展上要領(lǐng)先國內(nèi)半個(gè)世紀(jì)之多，尤其是在國內(nèi)還在經(jīng)歷國內(nèi)戰(zhàn)爭緊張時(shí)期，更沒有時(shí)間和國力來發(fā)展無人機(jī)這樣的尖端科技。 國內(nèi)無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)的無人機(jī)發(fā)展一直處在一種追趕的腳步，建國之后國外對國內(nèi)的諸多技術(shù)禁運(yùn)，使國內(nèi)很多技術(shù)都需要國人自己去摸索。但是因?yàn)闅v史