文档介绍：中图分类号: 论文编号:1028703 13-S295
学科分类号:081103

硕士学位论文

四旋翼无人直升机先进飞行控制方
法及实现研究

研究生姓名陈琦
学科、专业系统工程
研究方向飞行控制技术
指导教师甄子洋讲师
龚华军教授

南京航空航天大学
研究生院自动化学院
二О一三年三月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Automation Engineering

Research on Advanced Control Method and
Realization of Unmanned Quadrotor
Helicopter

A Thesis in

Systems Engineerings

by

Chen Qi

Advised by

Lecturer Zhen Ziyang and Professor Gong Huajun

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

March, 2013
承诺书

本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进
行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致
谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位
或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分
内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等
复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)

作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
小型四旋翼无人直升机由于其独特的机械结构、优越的悬停和低速性能,逐渐成为无人飞
行器领域的研究热点,在军事和民用领域发挥着巨大的作用,具有广泛的应用前景。本文以小
型四旋翼无人直升机为研究对象,围绕定点悬停这一设计目标,进行了小型四旋翼无人直升机
建模与控制方法研究,并设计了基于 DSP 的飞行控制系统。
首先,分析了四旋翼无人直升机空气动力学特性和操纵原理,建立了某小型四旋翼无人直
升机的数学模型,在此基础上,设计了基于 PID 的控制律,为了进一步提高解耦性和抗干扰性,
设计了基于积分反步法和基于大脑情感学习法的控制律,通过数值仿真,验证了三种控制策略
的有效性。
其次,从任务需求和性能要求出发,设计了一种基于 DSP 的小型四旋翼无人直升机飞行控
制系统硬件总体方案,重点设计了控制模块、电源模块、传感器模块、无线通信模块、电机驱
动模块等电路原理图,并完成 PCB 板的设计和调试。
再次,针对四旋翼无人直升机功能需求和硬件方案,设计了飞行控制软件的总体方案,完
成了控制器与传感器模块、无线通信模块、接收机、电机驱动模块之间的接口程序的设计和编
写,并将各个模块整合,编写了主函数程序。
最后,将四旋翼无人直升机飞行控制系统软硬件进行整合,进行了 DSP 主控板性能测试、
各个接口模块测试、四旋翼无人直升机开环飞行实验,测试及实验结果分析表明,本文所设计
的飞行控制系统软硬件具有运行可靠、实时性好等特点,对进一步工程实现具有重要的参考价
值。
关键词: 四旋翼无人直升机,飞行控制系统,积分反步法,大脑情感学习,智能控制
I
四旋翼无人直升机先进飞行控制方法及实现研究
ABCTRACT
With unique mechanical structure, superior hovering and low-speed performance, unmanned
quadrotors have guradully e a research focus in the field of UAVs, and play an important role
both in military and civil areas for its profound application prospect.