基于STM32的四旋翼飛行器設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、四旋翼飛行器是旋翼式無人飛行器中的一種，與通過改變螺旋槳的槳距角從而控制姿態(tài)和位置的傳統(tǒng)直升機相比，其具有體積小、機動靈活、隱蔽性好、可垂直起降、具有一定的承載能力、用戶操控體驗性能強等優(yōu)點，適用于航拍、低空勘測、通信中繼、農(nóng)業(yè)植保、監(jiān)控與偵查，廣泛的應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。四旋翼飛行器具有四個控制輸入量和六個狀態(tài)輸出量屬于欠驅(qū)動系統(tǒng)，不容易實現(xiàn)控制。本文通過分析旋翼類無人飛行器的飛行原理并根據(jù)控制系統(tǒng)功能的需求，研究在微控制器上應(yīng)用相應(yīng)

2、的慣性導(dǎo)航理論來解算飛行姿態(tài)，并應(yīng)用控制理論來實現(xiàn)對飛行器穩(wěn)定的飛行控制。
　　文中針對四旋翼飛行器的物理結(jié)構(gòu)所具有的特點和機體在空中飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)的解算原理及其姿態(tài)角度控制方法，設(shè)計了以搭載CortexM3處理器內(nèi)核的STM32系列微控制器為核心、MPU9250為慣性測量單元的飛行控制系統(tǒng)。微控制器通過處理姿態(tài)傳感器的實時測量數(shù)據(jù)解算當前飛行運動姿態(tài)并融合所解析到的無線遙控信號數(shù)據(jù)，計算得到本次四個無刷電機的調(diào)節(jié)量，用以分別控制四

3、個旋翼的轉(zhuǎn)數(shù)來達到最終的飛行器運動姿態(tài)的調(diào)整。針對姿態(tài)傳感器單元容易受到干擾、存在積分發(fā)散和溫度漂移等問題，對采集到的原始數(shù)據(jù)進行了互補濾波融合確保了數(shù)據(jù)的準確性。結(jié)合微控制器的特點，姿態(tài)更新采用了四元數(shù)算法從而降低了微控制器做正余弦運算所耗費的時間，保證了對機體姿態(tài)控制的實時性要求。姿態(tài)角的控制采用了模糊PID控制器進行改進，模糊推理與PID控制策略互補具有不依賴系統(tǒng)精確模型，控制快速靈活的優(yōu)點。最后，對系統(tǒng)中的各個功能模塊進行了調(diào)試