一種便攜式飛行器的研究.pdf

1、為了使生活更加方便和美好，本文基于嵌入式實時操作系統(tǒng)μcos-Ⅲ在以ARM Cortex M3為核心的微控制器STM32上展開了對便攜式飛行器的初探。
　　本文研究的便攜式飛行器采用四旋翼結(jié)構(gòu)。首先，對它的飛行原理和飛行中的姿態(tài)變化進(jìn)行了詳細(xì)地分析。然后，對它在飛行過程中的受力情況進(jìn)行了探討，并建立了動力學(xué)模型。接著，根據(jù)常用的四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計了便攜式飛行器的機械結(jié)構(gòu)，根據(jù)慣性導(dǎo)航原理設(shè)計了控制系統(tǒng)的電路。該電路主要包括以A

2、RM Cortex M3為核心的STM32控制器模塊，以加速度角速度感知模塊MPU-6050、磁航向感知模塊HMC5883L、大氣壓感知模塊MS5611構(gòu)成的感知模塊，以及電源模塊、通信模塊等。結(jié)合四元數(shù)法和串級PID控制設(shè)計了便攜式飛行器姿態(tài)解算和控制算法，并利用該算法進(jìn)行了控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)。其解算和控制過程為：利用MPU-6050感知當(dāng)前狀態(tài)下的加速度和角速度，利用HMC5883L感知到的當(dāng)前地球磁場，經(jīng)過濾波處理后，將加速度數(shù)據(jù)

3、歸一化處理，同時獲取四元數(shù)的重力分量，將兩者的偏差做PI調(diào)節(jié)補償角速度數(shù)據(jù)，利用四元數(shù)微分方程以角速度的數(shù)據(jù)去更新四元數(shù)，通過四元數(shù)與歐拉角的關(guān)系解算出姿態(tài)角，再利用地球磁場數(shù)據(jù)去修正姿態(tài)角，用期望的姿態(tài)角與當(dāng)前的姿態(tài)角的偏差進(jìn)行串級PID控制，將該輸出轉(zhuǎn)換成PWM形式控制四個電機的轉(zhuǎn)速來控制便攜式飛行器達(dá)到期望的姿態(tài)。最后，在上位機PC上開發(fā)出了系統(tǒng)仿真與系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試整定模塊，在Simulink上構(gòu)建了便攜式飛行器控制系統(tǒng)的仿真模型，