微小型无人机电机驱动设计及飞行姿态仿真

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微小型无人机因其体积小、重量轻、隐蔽性和机动性好、易实现悬停和超低空飞行等优点,在军事和民用领域都得到了广泛的发展。实践证明,无人机不仅是一种很好的空中作业平台,而且是多门学科的理论研究平台。舵机回路是微小型无人机的重要组成部分,直接关系到无人机飞行性能的好坏。直流无刷舵机回路以其优良的电气、机械特性逐步取代了传统的交流舵机回路。飞行控制系统仿真技术是设计和研究微小型无人机的必不可少的手段,便于对系统性能作出评价、调试及修改。本文中主要针对无人机的舵机回路及飞行控制仿真技术进行研究。文中根据微小型无人机性能的要求,选取了适合的直流无刷电机,并对其原理进行分析,制定了设计方案。论文首先采用PIC16F877单片机作为控制芯片,设计了直流无刷电机驱动电路,通过设计外围电路和程序调试,使电机能够平稳启动及运行。然后,在此研究基础上文中提出了另一种对比设计方案。采用具有高集成度的专用电机驱动控制芯片ML4425设计硬件电路,大大缩小了电路板的体积,简化了设计过程。实验证明,该设计方案能够更好的满足直流无刷电机驱动的各项性能要求,实验效果良好。舵机回路是无人机飞行控制系统的执行机构,按照飞行控制系统所给出的指令驱动舵面,调整无人机的飞行姿态和航迹。本文中针对无人机飞行控制系统进行了仿真分析及研究。建立了微小型无人机的数学模型,并对其动力学及运动学方程进行解耦和线性化处理,推导出了无人机在俯仰、滚转、偏航、横侧向等姿态的状态方程。通过设计控制器,优化了无人机的飞行性能。仿真结果表明,无人机数学模型搭建合理,控制器能够有效地优化无人机的飞行性能,达到预期的效果。
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