基于STM32的四旋翼飛行器設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)相比，其具有體積小、機(jī)動(dòng)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(yàn)性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于航拍、低空勘測(cè)、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(gè)控制輸入量和六個(gè)狀態(tài)輸出量屬于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不容易實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器穩(wěn)定的飛行控制。
　　文中針對(duì)四旋翼飛行器的物理結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)和機(jī)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(jì)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(cè)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(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)解算當(dāng)前飛行運(yùn)動(dòng)姿態(tài)并融合所解析到的無線遙控信號(hào)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到本次四個(gè)無刷電機(jī)的調(diào)節(jié)量，用以分別控制四

3、個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)數(shù)來達(dá)到最終的飛行器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的調(diào)整。針對(duì)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(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了互補(bǔ)濾波融合確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。結(jié)合微控制器的特點(diǎn)，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(yùn)算所耗費(fèi)的時(shí)間，保證了對(duì)機(jī)體姿態(tài)控制的實(shí)時(shí)性要求。姿態(tài)角的控制采用了模糊PID控制器進(jìn)行改進(jìn)，模糊推理與PID控制策略互補(bǔ)具有不依賴系統(tǒng)精確模型，控制快速靈活的優(yōu)點(diǎn)。最后，對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊進(jìn)行了調(diào)試