摘要微型四旋翼飞行器是近年来无人机领域研究的热点，对飞行器的路径飞行控制是热点中的难点。本文提出利用VICON光学运动捕捉系统替代微型四旋翼飞行器的传感器模块，获取飞行器飞行数据，辨识飞行模式并建立高精度的模型。在获取数据后，本文在Matlab平台上利用无线串口通信将数据发送到微型四旋翼飞行器的飞控板上，实现飞行器与地面遥控站之间的通信。对于微型四旋翼飞行器的控制策略，本文在分析飞行器的飞行原理和建立动力学模型的基础上，通过改进的PID算法设计微型四旋翼飞行器的位置环、姿态环和路径飞行控制器，实现了飞行器定点飞行和路径飞行控制。87406

毕业论文关键词  微型四旋翼飞行器  VICON  飞行路径  PID算法

毕业设计说明书外文摘要

Title    Path Tracking Control of Miniature Quadrotor Aircraft   Based on VICON System                                   

Abstract Recently, miniature quadrotor aircraft is the hot topic of the Unmanned Aerial Vehicle(UAV), and further the path tracking of the quadrotor is the more challenging problem。 In this paper, it is proposed that we can get real-time flight data of the quadrotor, recognize the flight mode and build high accuracy model by replacing the sensor module with VICON optical motion capture system。 After acquiring the coordinates, the data is sent to the quadrotor through serial communication in Matlab。 Concerning the control theory, this paper analyzes the frame and builds the mathematical model of the quadrotor first,and then designs the attitude controller and tracking controller with refined PID algorithm。 The results show that the controllers realize the basic functions。

Keywords  Quadrotor Aircraft; VICON; Path Tracking; PID Algorithm

目   次

1  绪论 1

1。1  背景研究与意义 1来-自+优+尔-论.文:网www.youerw.com +QQ7520^18766

1。2  发展历史及国内外研究现状  1

1。2。1  发展历史  1

1。2。2  国内外研究现状  2

1。3  论文工作内容及组织结构 5

2  四旋翼飞行器的建模 6

2。1  四旋翼飞行器结构与飞行原理 6

2。2  四旋翼飞行器数学模型 7

2。2。1  坐标系的转换  7

2。2。2  四旋翼飞行器动力学模型  9

3  实验平台搭建 12

3。1  系统结构 12

3。2  硬件选型及搭配  13

3。2。1  VICON光学运动捕捉系统  13

3。2。2  四旋翼飞行器硬件选型  14

3。3  软件平台 16

3。3。1  Tracker  16

3。3。2  Mission Planner  17

4  基于PID算法的飞行路径控制 18

4。1  控制结构分析  18

4。2  控制算法分析  19

4。2。1  理论基础  19

4。2。2  姿态环控制  21

4。2。3  位置环控制  21

4。2。4  路径飞行控制  22

4。3  实验结果及分析  23

结论  27

致谢  28

参考文献  29

1 绪论

1。1 研究背景与意义

   近十年来，微型四旋翼飞行器的研究是无人机领域的热点。得益于微型传感器技术和控制理论的提高，微型四旋翼飞行器有了极大发展。相较于其他飞行器，微型四旋翼无人机具有重量轻，体积小，操作简便，起降方便等优点，最重要的两个优势是可以垂直起降和自由悬停。