- 上一篇：齿轮减速器的可靠性分析与设计
- 下一篇：SolidWorks车载式太阳能电池板自动除尘装置
本次设计要完成一个微型四旋翼飞行器的设计，在符合微型四旋翼飞行器的气动特性变化规律 的前提下实现起飞、悬停、自主飞行、寻找标识地点与降落等功能。
要完成上述目标首先要对飞行器进行动力学分析 ，了解四旋翼飞行器在完成各个动作时的受力和运动状态，以及此时应作用于每个旋翼上的力和转速。在本次设计中采用MSP430十六位单片机 作为飞行器的控制元件，它是一种超低功耗的混合信号控制器，可以根据不同的需求选择具体型号。且该单片机具有
集成度高、外围设备丰富、超低功耗等特点，使得本次设计中可以使用外设的种类更加广泛，且超低功耗可以减少电量损耗以增加续航时间。MSP430的主要外设资源主要有定时器、看门狗、比较器、串口、硬件乘法器ADC模块和丰富的端口资源，其中它的定时器具有捕获/比较功能，可用于事件记数、时序产生、PWM波形成产生等；看门狗可以在程序跑飞的时候重新启动系统，保证系统的稳定运行；硬件乘法器增强了单片机的运算处理能力；且MSP430的某些端口还具有中断功能，进一步的丰富了中断资源，也更加有利于编写多任务程序。综上MSP430单片机较为适合本次本次设计。MSP430系列单片机可用汇编语言和C语言开发，由于使用C语言开发程序具有较好的可读性和移植性，因此本次设计中使用C语言开发。
微型四旋翼飞行器是一个具有四输入（旋翼转速）和六个自由度（三个位置和三个姿态）的欠驱动系统 ，具有多变量、非线性和强耦合特征。因此飞行控制系统要保证飞行过程中的姿态，使其能够实现平飞、俯仰等不同运动状态，还要具有一定的抗干扰能力和较好的鲁棒性，以保证飞行的稳定,源^自(751:文,论)文]网[www.751com.cn。目前各类飞行器主要采用的控制方法有PID控制方法 、反步法控制 和模糊PID控制方法 等。其中我较为倾向于使用模糊PID控制，它将点与点之间的关系变化为点与区间或区间与区间之间的关系，使控制信号具有更强的连续性与良好鲁棒性。
飞行器的导航与着陆目前可以采用的方法有GPS导航，基于视觉的自主导航 等，本次设计要求四旋翼飞行器能够识别目标靶，并实现自主着陆。此外为了实现自主飞行与着陆需要一系列的微型元器件，由于空间十分有限，飞行控制装置。动力装置、导航系统和传感器的尺寸目前还偏大，这限制了飞行器的微化程度。所以在本次设计中尽量采用重量轻，强度高的结构材料以及MEMS制造技术来减轻重量，并尽量使其他机载设备微型化。
１.3 本文研究基本内容分配
本文主要研究了由计划到实物的过程，主要分为建立力学模型：对于模型进行受力分析，并且了解系统对于不同的力的响应；选择器件：根据需求在不同系列、不同型号的产品中做出选择，从而得到最为适合本设计的产品；设计电路：根据参数设计器件之间的连接，并添加电阻电感电容等，以完成能够独立运行的电路；编写程序等部分：编写程序控制单片机的运算与输出，从而实现对各个器件的控制与功能的实现。本文对章节主要安排如下：
第二章：进行简单的受力分析，并建立力学模型；
第三章：对采用的模糊控制规则进行讲述；
第四章：进行电路设计；
第五章：设计程序。
2 四旋翼飞行器的受力分析
在进行后面的工作之前首先要进行受力分析，四旋翼飞行器在飞行过程中的所受的外力有来自四个旋翼的升力和来自空气的扰动。由于本设计采用模糊控制作为电机的驱动控制方法，所以很多的复杂的过程可以忽略不计，再通过在实际测试中的经验以及实时的参数调整来获取较为良好的飞行特性，所以在这里不考虑微型四旋翼飞行器的雷诺数问题并用线性关系来替代转速与产生的力之间的关系：