基于MEMS傳感器的四旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、四旋翼飛行器具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，有效平衡了自身槳葉造成的反扭矩，可實(shí)現(xiàn)垂直起降、懸停等多種飛行操作，具有高度的靈活性和環(huán)境適應(yīng)性。近年來(lái)在軍用和民用領(lǐng)域中均得到了廣泛應(yīng)用,相關(guān)科研人員也對(duì)其進(jìn)行了全面深入的研究。
　　本文以四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)為中心，完成了硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，數(shù)學(xué)模型的建立，并對(duì)控制算法及姿態(tài)解算進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。主要工作內(nèi)容如下：
　　1、通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀，對(duì)其構(gòu)造及相關(guān)理論

2、進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合牛頓力學(xué)方程和科氏方程，通過(guò)對(duì)飛行器的運(yùn)動(dòng)分析及受力分析，經(jīng)過(guò)合理的幾何抽象，推導(dǎo)出了四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型；
　　2、以STM32F103C8T6微處理器和基于MEMS技術(shù)的MPU6050運(yùn)動(dòng)傳感器為核心設(shè)計(jì)出一種小型四旋翼飛行控制平臺(tái)，在Altium Designer下完成了原理圖和PCB版圖設(shè)計(jì)，包括MCU處理器模塊、電源模塊、傳感器模塊、無(wú)線通訊模塊等，其中傳感器模塊包含了三軸加速度計(jì)、三軸陀

3、螺儀和氣壓高度計(jì)，通過(guò)校準(zhǔn)和融合算法可準(zhǔn)確獲取機(jī)身姿態(tài)。之后在KEIL下使用庫(kù)函數(shù)的方式完成了軟件系統(tǒng)的搭建；
　　3、對(duì)目前主要控制算法進(jìn)行了分析，針對(duì)飛行器的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了PID控制系統(tǒng)，并結(jié)合模糊算法制定了飛行器的模糊控制規(guī)則，完成了改進(jìn)型的Fuzzy-PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)在不同狀態(tài)下對(duì)控制參數(shù)做出自適應(yīng)調(diào)整，具有更好的魯棒性。在MATLAB環(huán)境下搭建了控制系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，預(yù)定軌跡的位置跟蹤以及脈沖信