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1. 研究目的与意义
随着MEMS传感器、无刷电机、单片机以及锂电池技术的发展,电动无人机已经普遍出现在我们日常生活里的各个领域。与固定翼飞行器相比,四旋翼无人机具有结构简单、控制方便、成本低、稳定性高和机动性强等特点。可以替代有人机完成一些任务,在军事上也有很强的战场生存能力。
本次设计涉及到的知识面非常广,包括传感器输出滤波算法、控制系统和程序的设计等,很多都需要专业理论的支持。通过本次设计,可以将大学本科阶段所学专业课知识有效运用起来,提高动手能力,为以后实践和就业打下坚实的基础。2. 国内外研究现状分析
目前国外四旋翼飞行器的研究主要集中在飞行器姿态控制系统新的理论的研究,比如:神经元网络控制算法、模糊自适应控制算法等。国外还在四旋翼飞行器的自主飞行以及多机协同运作等方面有很多研究。美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室设计出了一种能够编队飞行的四旋翼无人机,在这些飞行器上都安装有光源,通过安装在室内墙壁上的摄像头装备进行拍摄,从而确定飞行器的空间位置并且对其进行编队飞行控制操作。
现今四旋翼飞行器的研究在国内逐渐发展壮大并且已经形成产业。目前国内已经有许多公司(如DJI大疆公司)成功将四旋翼飞行器应用于商业化,并且在四旋翼无人机的市场份额中占了很大一部分。大疆精灵系列无人机可以实现稳定飞行、悬停、返航,拥有优秀的姿态控制系统,底部视觉定位,能实现自动避障,能够在遥控器信号消失或电量不足情况下自动返航。远距离720P的图传,稳定三轴防抖,在200米的高空也能拍出稳定的画面。3. 研究的基本内容与计划
本设计主要研究内容将围绕四旋翼无人机展开,首先设计系统硬件,然后重点围绕基于mems的传感器数据处理和飞行控制问题开展研究,并将设计的软硬件系统和算法应用到实际无人机系统上,利用数值仿真和实际飞行验证方案的可行性。
研究计划: 1~3周 收集资料和撰写开题报告;
4~5周 确定设计总体方案;
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4. 研究创新点
四旋翼无人机可以低速飞行,能够实现定点悬停,非常适合应用于环境狭小复杂的场合,与固定翼飞行器相比,四旋翼无人机具有结构简单、控制方便、成本低、稳定性高和机动性强等特点,已经广泛应用于军事领域和民事领域中。
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