全國電子設(shè)計(jì)大賽省一獲獎(jiǎng)?wù)撐?四旋翼自主飛行器-在線瀏覽
2024-12-11 05:00本頁面
【正文】 ontrol is realized by using unilateral PWM control mode, the threestep startup mode was adopted to realize motor soft start. Four rotor aircraft with ultrasonic sensor range is set high, use ov7620 camera tracking make aircraft from area A to area B. Through the study of four rotor working mode and the control parameters, get the corresponding control algorithm, and then simulate the flight attitude, programming the results said four rotor to realize autonomous flight, hovering control independently. Key words: four rotor aircraft。用超聲波傳感器測(cè)距是四旋翼飛行器定高，采用 ov7620攝像頭循跡使飛行器從 A區(qū)到 B區(qū)。 四旋翼飛行器的動(dòng)力來源是無刷直流電機(jī) ， 因此針對(duì)該類無刷直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)對(duì)飛行器的性能起著決定性的作用 。0 學(xué)校統(tǒng)一編號(hào) : HLJB 學(xué)校名稱： 哈爾濱理工大學(xué) 隊(duì)長姓名： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 時(shí)間： 1 四旋翼自主飛行器 摘要 四旋翼的結(jié)構(gòu) 是一種比較簡(jiǎn)單和直觀化的穩(wěn)定控制性飛行器。通過調(diào)節(jié) 4個(gè)電機(jī) 轉(zhuǎn)速改變旋翼轉(zhuǎn)速，改變升力的變化調(diào)整飛行器的姿態(tài)和位置。 四旋翼的動(dòng)力來源為無刷直流電機(jī)，采用單邊 pwm的控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速，采用三段式啟動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)。通過對(duì)四旋翼工作模式與控制參數(shù)的研究，得到相應(yīng)的控制算法，然后編程實(shí)現(xiàn)，模擬相應(yīng)的飛行姿態(tài)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示 四旋翼 實(shí)現(xiàn) 自主飛行 、 自主懸?？刂?。 Brushless dc motor。飛行器擺放在 B 區(qū)，一鍵式啟動(dòng)飛行器起飛；飛向 A 區(qū)，在 A 區(qū)降落并停機(jī)；飛行時(shí)間不大于 45s。 圖 11 飛行器俯視圖 4 圖 12 飛行區(qū)立體圖 設(shè)計(jì)相關(guān)要求 基本要求 （ 1）四旋翼自主飛行器（下簡(jiǎn)稱飛行器）擺放在圖 1所示的 A區(qū)，一鍵式啟動(dòng)飛行器起飛 ； 飛向 B區(qū)，在 B區(qū)降落并停機(jī)；飛行時(shí)間不大于 45s。 發(fā)揮 部分 （ 1）飛行器擺放在 A區(qū) ， 飛行器下面擺放一薄鐵片，一鍵式啟動(dòng)，飛行器拾取薄鐵片并起飛。 5 （ 3）以上往返飛行時(shí)間不大于 30s。 二、 方案論證 控制器模塊方案 方案一：采用通俗的 51單片機(jī)，運(yùn)用比較廣泛，有良好的知識(shí)作為基礎(chǔ)，上手很快。 方案二：系統(tǒng)采用瑞薩公司所生產(chǎn)的 R5F100LEA單片機(jī)為主控制芯片，單片機(jī)算數(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于功耗低，體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其運(yùn)用靈活方便。 當(dāng)飛行器工作時(shí) ， 平臺(tái)中心對(duì)角的螺旋槳 （ 如 1 與 3） 轉(zhuǎn)向相同 ， 相鄰的螺旋槳 （ 如 1 與 2） 轉(zhuǎn)向相反 。 圖 1 四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 四軸飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)需保證均勻性、對(duì)稱性和穩(wěn)定性。 機(jī)身支架的材料使用硬質(zhì)塑料，身 機(jī)為 450450? mm方形框架 ， 旋翼直徑 10mm， 厚度 。 圖 2 為 飛行控制系統(tǒng)硬件框圖 。 陀螺儀 的測(cè)量物理量是偏轉(zhuǎn)、傾斜時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。因此，測(cè)量 XYZ 軸線的傾角變得可以實(shí)現(xiàn)。這就讓他可以對(duì)飛機(jī)等的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行感知，如有偏航可以立刻對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令進(jìn)行修正。 加速力也就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力。 當(dāng)儀表殼體沿輸入軸作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)質(zhì)量因慣性而繞輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感元件將這一轉(zhuǎn)角變換為電信號(hào)，經(jīng)放大后饋送到力矩器構(gòu)成閉環(huán)。輸送到力矩器中的電信號(hào)（電流的大小或單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)）就被用來度量加速度的大小和方向。 圖 4為加速度計(jì)示意圖。 飛行控制系統(tǒng)通過 IMU 慣性測(cè)量單元 （ 由陀螺傳感器與加速度傳感器組成 ）檢測(cè)飛行姿態(tài) 。 飛行器控制器要能夠通過采集處理微型 MEMS慣性器件和三維地磁傳感器數(shù)據(jù)．計(jì)算飛行器的姿態(tài)角和航向角，并根據(jù)飛行指令和任務(wù)要求，結(jié)合相應(yīng)的控制律給出適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，控制飛行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變飛行器的姿態(tài)和位置等[1]。 超聲波傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的 特性 研制而成的傳感器。 超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。接收器是利用 壓力傳感器 所采用的壓電效應(yīng)的 原理 ，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發(fā)生應(yīng)變，則產(chǎn)生一面8 為 “+ ” 極，另一面為 “ ” 極的 40KHz 正弦電壓。 需要用超聲波傳感器來測(cè)距定高選擇的 工作頻率一般為 2325KHZ 及4045KHZ， 基本類型 為 分離式反射型 ， 通過標(biāo)準(zhǔn)的 CI2 總線輸出高度信號(hào) 。它支持連續(xù)和隔行兩種掃描方式 。 數(shù)據(jù)格式包括 YU V、 YCrCb、 RGB3 種 , OV 7620 內(nèi)置可編程功能寄存器并且設(shè)置有上電模式和 SCCB 編程模式。YCrCb 即 Y UV ,主要用于優(yōu)化彩色視頻信號(hào)的傳輸。其中 / Y0 表示明亮度 , 也就是灰階值 。采用 YU V 色彩空間的優(yōu)點(diǎn)是它的亮度信號(hào) Y 和色度信號(hào) U、 V 是分離的。視覺導(dǎo)航應(yīng)用中 , 圖像只有路面和引導(dǎo)線兩種顏色 , 因此只需對(duì)灰度信號(hào)進(jìn)行處理就可識(shí)別出路徑實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。 OV7620 要實(shí)現(xiàn)輸出一幀完整的圖像 , 除了 8 位 Y 信號(hào)分量外還
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