基于Cortex-M4的四旋翼無人機控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、四旋翼無人機具有尺寸小、機械結(jié)構(gòu)簡單、運動自由等優(yōu)點，已被廣泛用于街景影視拍攝、監(jiān)控巡察、電力巡檢、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)保險、快遞配送等領(lǐng)域。四旋翼無人機吸引了許多學(xué)術(shù)研究人員，但是研究中最大的挑戰(zhàn)是控制器設(shè)計。本文從四旋翼無人機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)著手，設(shè)計滿足穩(wěn)定性和魯棒性要求的軌跡跟蹤控制算法，同時處理了系統(tǒng)受到環(huán)境參數(shù)變化帶來的擾動。
　　控制器設(shè)計是四旋翼無人機硬件系統(tǒng)中最重要的部分，通過對比多廠家的同類芯片以及綜合考慮芯片的性

2、能參數(shù)，最終選用內(nèi)核為Cortex-M4的STM32F407VGT6主控制器芯片，并給出主控制器外圍電路的設(shè)計。慣性測量單元（IMU）選用MPU6050元件，用于測量機體坐標(biāo)系的三軸角加速度和線加速度。選用 HMC5883L磁力傳感器測量地球磁場，無人機的高度信息通過MS5611芯片測量。對于硬件系統(tǒng)電源管理模塊和無線傳輸模塊給出了詳細(xì)的設(shè)計方案。四旋翼無人機軟件系統(tǒng)的研究采用模塊化設(shè)計，給出了各模塊芯片驅(qū)動程序的設(shè)計。
　　基于

3、四旋翼無人機非線性模型，利用擴展卡爾曼濾波器對四旋翼無人機飛行姿態(tài)進行數(shù)據(jù)融合，從而解決各傳感器數(shù)據(jù)不能同步更新的問題，以保證四旋翼無人機安全平穩(wěn)的飛行。由于原始非線性模型不易進行控制器的設(shè)計，本文通過反饋線性化方法將其轉(zhuǎn)化為線性可控的模型，隨后利用成熟的線性控制理論進行控制律的設(shè)計以實現(xiàn)軌跡跟蹤，同時借助Matlab數(shù)值仿真驗證該控制器的有效性。
　　最后對四旋翼無人機進行了實物飛行，驗證了本文研究的四旋翼無人機硬件系統(tǒng)、軟件系