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1、无人机半物理仿真设计开发 I】在如今微机电系统 MEMS（Microelectro Mechanical Systems）传感器、空心杯电机、各类单片机加上锂电池技术的发展下，无人机半物理仿真无可厚非可以称之为航模界的新星。无人机半物理仿真是在接受到信号（这里指遥控器发送的信号）后把所接受到的信号经过处理后，然后应用到电机转速的限制上，这样就可以限制无人机半物理仿真的动作。本文首先对无人机半物理仿真的飞行原理进行介绍，然后对无人机进行分析飞行限制原理的步骤,其次姿态算法的解算包括最终目标的实现以及系统软件各方面系统的实现。依据这些原理设计出无人机半物理仿真的外形轮廓，通过对比不同的方案，选择更
2、加便捷的方案，对无人机进行半物理仿真设计，最终对无人机进行了大量调试、对比和改进优秀算法，最终获得一个预想的飞行限制效果。关键词：飞行原理；姿态传感器；STM32 微型处理器；PID IIWith the development of MEMS MEMS Microelectro Mechanical Systems (MEMS) sensors, hollow cup motors, single-chip computers and lithium battery technology, the semi-physical simulation of UAV can be regarded
3、 as a new star in aeronautical model field. The semi-physical simulation of UAV is to process the received signal after receiving the signal (in this case the signal sent by the remote controller) and then apply it to the control of motor speed so as to control the action of semi-physical simulation
4、 of UAV. This paper first introduces the flight principle of UAV semi-physical simulation, and then introduces unmanned aerial vehicle. The flight control principle is analyzed. Secondly, the calculation of attitude algorithm includes the realization of the final goal and the realization of the syst
5、em software. According to these principles, the outline of UAV semi-physical simulation is designed. By comparing different schemes, choosing a more convenient scheme, the UAV is designed for semi-physical simulation. Finally, a large number of UAVs are debugged. Compare and improve the excellent al
6、gorithm, and finally get a desired flight control effect.Key Words：Flight principle； MEMS Sensor； STM32 Processor； PID III 书目1绪论 . 1 1.1 探讨背景及意义. 1 1.2 国内外探讨现状. 2 1.2.1 国外无人机半物理仿真的探讨现状. 2 1.2.2 国内探讨现状. 2 1.3 本论文探讨内容和方法. 4 2无人机的工作原理 . 5 2.1 无人机的飞行原理. 5 2.2 无人机姿态表示. 6 2.3 无人机半物理仿真的机体结构. 9 3无人机半物理仿真设计
7、. 11 3.1 整机电磁兼容设计. 11 3.2 整机天线布局设计. 11 3.2.1 整机天线布局仿真需求. 11 3.2.2 ANSYS 针对整机天线布局的功能特点 . 11 3.2.3 整机天线布局仿真实例. 12 3.3 系统级射频干扰仿真平台 EMIT . 14 3.3.1 多系统共址的射频干扰冗余度计算. 15 3.4 机载射频系统设计. 17 3.4.1 综合射频系统仿真. 18 3.4.2 雷达系统仿真. 19 3.4.3 通信系统仿真. 19 4无人机半物理仿真限制方案设计 . 21 4.1 姿态解算. 21 4.1.1 简洁介绍. 21 4.1.2 滤波算法. 21 4.
8、1.3 姿态更新. 22 4.2 姿态限制. 23 4.2.1 限制算法简介. 23 4.2.2 经典 PID . 25 IV 4.2.3 串级 PID . 26 4.3 端口配置. 27 5无人机半物理仿真系统软件设计 . 29 5.1 系统框架. 29 5.2 程序结构与流程. 31 5.3 信息采集与处理. 32 5.4 通信实现. 34 5.5 初始化模块. 35 5.6 读遥控及油门值计算模块. 36 5.7 读 MPU6050 及姿态计算模块 . 38 5.8 PID 自稳模块 . 40 5.9 写 PWM 波模块 . 41 6调试分析 . 44 6.1 姿态解算测试. 44 6.
9、2 姿态限制测试. 44 6.3 MPU6050 传感器测量调试 . 45 6.4 实际飞行试验. 45 7总结与展望 . 47 7.1 总结. 47 7.2 展望. 47 致谢 . 48 参考文献 . 49 录 附录 A . 50 录 附录 B . 53无人机半物理仿真设计开发1 1绪论 1.1探讨背景及意义 四轴无人机是一种新型的依靠四个旋翼飞行的无人机。四轴无人机半物理仿真继承了直升机全部优势，能够垂直升降、空中悬停，并且还有结构简洁、操纵便利的优点，而且具有相当高的敏捷性。四轴无人机半物理仿真在如今也是飞速发展，融入了当今社会的方方面面。随着现代科学技术高速发展，军事装备也在不断进化，
10、而四轴无人机因为有着许多优势，在军事领域也是如鱼得水、大放异彩。士兵能够简洁的操控无人机对战场、地形、敌人的状况进行近距离、全方位的勘察，还可以用作通信联系工具或者指示目标机，甚至可以搭载弹药执行特别任务。比如去年大火的电影战狼 2和今年票房超高的红海行动，在这两部电影中，四轴无人机的身影多次出现，并且在战场中取得了极大的打击力、影响力，虽然是电影中的场景，但是在实际用途中也不会逊色电影中分毫。在民用中，四轴无人机的表现也很精彩。例如如今火热异样的航拍，可以深化许多奇险陡坡之地拍摄到精致绝伦的景色。假如在四轴无人机上搭载各种传感器，更是如虎添翼，如探测强辐射区、高污染地区，可以轻松完成，大大的
11、降低了人生财产风险，解放了劳动力。而且近年来，探讨无人机的人员越来越多，四轴的飞控算法也是越来越多样化、详细化，稳定性得到了极大地提高。同时，电子元器件、集成电路、传感器的发展也在肯定程度上促进了四轴无人机的发展，现在的四轴无人机可以做到轻、小、快，而且性能更加优异。在这些种种因素的推动下，四轴无人机半物理仿真的发展前途广袤无边，而对于四轴无人机半物理仿真的探讨也具有重大的好用意义。MEMS 传感器、空心杯电机、单片机和锂电池技术的研发，无人机的钻研状况在现如今已经被重视起来。无人机是一种不同寻常的无人机半物理仿真，不同于固定翼无人机半物理仿真的是无人机结构和限制特别简洁，供应其所需动力的来源
12、为四个旋翼式飞行引擎，轻松做到垂直起飞、着陆，制作成本低，机体的稳定性强，简洁的操作指令，所以能够在日常和军事中起到很广泛的应用。由于其机体小，行动快速，从而可以替代人去做一些危急的工作，比如强辐射、凹凸温、有毒有害气体覆盖的区域等等，这将大大提高工作效率并增加人员的平安系数。无人机半物理仿真当然不会是就上述而言的这么简洁，我们所不能忽视的是它所须要的学问面涉及范围相当之广，机体结构的整体设计、各个传感器的用法以及滤波的算法、限制系统硬软件的设计等等这一切都离不开大量的理论的支持。本次设计其专注点在于无人机半物理仿真姿态限制系统的探究，为无人机半物理仿真在维护地球环境、预防以及处理自然或人造灾难、军用侦查等日常和军用范畴实现产业化作出奉献，所以这项探讨有很重大的意义。 2 1.2国内外探讨现状 1.2.1国.