无人飞行器设计.docxVIP

华南理工大学第七届智能控制设计大赛航模组筋斗云作者：华南理工大学自动化学院郭 超 （2010级2班）陈树渠（2010级2班）江福强 （2010级2班）2012年5月目录Preface前言………………………………………5作品实现功能简介…………………………………6方案设计………………………………………8前期设想规划方案论证，比较，选择二．系统控制模式图………………………………111.姿态控制运行模式图2.系统数据信息流图3.系统指令信息流图三．筋斗云系统简介………………………131.姿态传感模块……………………………1.1 基于IIC的ADXL345加速度传感 1.2 基于IIC的L2G4200D角速度传感1.3 传感器偏差与信息融合2.控制方法……………………………1.1 传感器数据滤波 1.2 基于PID的姿态控制3.无刷电机动作控制部分……………………… 1.1 电调部分 1.2 电机控制4.无线远程控制与通信接口…………………1.1 基于WIFI的远程信息传输与姿态控制 1.2 基于串口通信的信息交流5.上位机处理控制模块…………………1.1 参数处理与运行状态实时模拟 1.2 姿态控制决策6.处理器部分……………………………1.1 基于STM32VET6芯片的处理器系统7.其他部分………………………1.1 电源模块1.2 紧急情况处理部分1.3 系统支架部分四．系统硬件部分（附图）………………19 1.主控制板………………………………… 2.姿态测量…………………… 3.电机动作模块………………五．系统软件部分…………………………261.软件部分简介2.程序运行流程图六．理论分析与计算………………………26七．调试方法，过程，与结果分析………27七．组员制作体会，感言…………………28八．参考文献………………………………30九．附录：电路图及其他相关设计文件程序源代码（主要部分）·Preface 前言·*总述：无人飞行器越来越多的投入到现实生活中应用了，为了探究飞行器设计方法，学习惯导系统和相应的控制方法，所以：*我们选择了航模组筋斗云：题目一：筋斗云 一 、设计任务：设计如下图所示装置的运动控制器，该装置的主要构成为一个可绕支承座转轴自由转动的非等臂杠杆，杠杆臂同一侧表面（如图为上表面）的两端安装有电机。要求使用惯性测量单元（IMU）通过算法实现对杠杆偏转角度的测量，并通过电机控制螺旋桨转速最终实现杠杆两端到达特定位置并保持、可控连续转动等功能。非等臂杠杆长臂25cm,短臂15cm,均为电机轴心到支承座转轴间距。(注：此图仅做示意，不代表最终作品，图中螺旋桨未画出)二 、题目说明：1、 只能采用加速度传感器、陀螺仪传感器，除此之外不得采用其他任何类型传感器（如码盘，光电开关等）。加速度传感器与陀螺仪传感器均不限定型号，可采用加速度陀螺仪集成芯片，但不能直接使用任何芯片的内置姿态解算功能；2 、高速旋转中的螺旋桨有较大的动能，可能由于质量分布不均匀造成人身伤害，强烈建议参赛选手选择航模用涵道风扇（不限定具体型号），请在对电机与螺旋桨性能了解充分的情况下选用其他类型动力组合。若选择其他类型的电机，请务必做好安全保护措施，（例如在适当位置增加防护挡板等）没有保护措施禁止参赛。制作过程中请参赛选手确保安全第一！3、整体布线务求安全整洁，避免出现线路缠绕等事故，并且设置紧急停止措施，以便在程序失控的情况下，及时切断电源。4 、除电机驱动器可自行购买成品外，其他电路均需自行设计，无论是自行PCB打样还是交付工厂加工，请在电路板相应层注明“智控航空组”（此为比赛之必须，请大家务必遵守）。三、设计要求：1 、使非等臂杠杆保持与水平面水平，精度控制在正负5度范围内，并有一定的抗扰动能力（现场将会由风扇，人工扰动等方式加入扰动环节）；2 、使非等臂杠杆保持与水平面呈30度保持10秒；使非等臂杠杆保持与水平面呈60度保持10秒，精度控制在正负5度范围内； 3 、使非等臂杠杆从水平状态开始转动，以不高于0.5回环每秒的转速正转三回环，逆转三回环，然后回复至水平位置； 4 、使非等臂杠杆如钟表秒针一般，长端指向12点钟位置开始，每1s沿顺时针方向转动6度，转动一周回复初始位置即可； 5 、其他的创新功能。·作品功能简介·1.使非等臂杠杆保持与水平面水平，精度控制在正负5度范围内，并有一定的抗扰动能力（现场将会由风扇，人工扰动等方式加入扰动环节）；2 、使非等臂杠杆保持与水平面呈30度保持10秒；使非等臂杠杆保持与水平面呈60度保持10秒，精度控制在正负5度范围内； 3 、使非等臂杠杆从水平状态开始转动，以不高于0.5回环每秒的转速正转三回环，逆转三回环，然后回复至水平位置；