基于LM4F120的四旋翼飛行控制器的研究.pdf

1、能在天空自由翱翔一直以來是人類的夢想，自上個世紀初飛機被發(fā)明之后，飛行器的研制技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展。近幾十年來，無人機作為飛行器的一種成為各國科研人員的重要研究對象，智能化也成為無人機的一個重要的研究方向。四旋翼飛行器作為一種無人機以其優(yōu)良的性能受到世界上眾多飛行器研究者的青睞。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，自動控制技術(shù)、計算機通信技術(shù)在四旋翼飛行器上得到了廣泛的應(yīng)用，這也使得四旋翼飛行器的性能越來越優(yōu)良，能實現(xiàn)的功能也越來越多。

2、　　盡管四旋翼飛行器自問世以來就受到了廣泛關(guān)注，不少科研人員對其進行了深入的研究，但是其本身的一些缺陷使得在實際中的應(yīng)用不是特別廣泛，除了世界上少數(shù)發(fā)達國家研制出了能夠應(yīng)用于實際生活中的四旋翼飛行器，并且已經(jīng)將其投入使用，大部分的科研僅停留在仿真階段。本文在查閱了大量的有關(guān)四旋翼飛行器的資料后，分析并總結(jié)了目前一些開源的四旋翼飛行器的設(shè)計方案，對四旋翼飛行器的控制器進行了研究。
　　本文認真分析了四旋翼飛行器的運動機理，根據(jù)其控制

3、特性，對飛行器的數(shù)學模型進行了簡化，并列出了簡化后的數(shù)學方程，為后面的仿真實驗奠定了基礎(chǔ)。本次設(shè)計以TI公司的基于Cortex-M4F內(nèi)核的LM4F120H5QR作為主控芯片，外圍電路搭載了MPU6050作為檢測姿態(tài)角的傳感器，以及超聲波模塊US-100作為測量高度的傳感器。此外為了使四旋翼飛行器實現(xiàn)航拍的功能，在硬件電路上還加入了攝像頭模塊OV7670和SD卡，飛行器在飛行過程中能夠通過OV7670對周圍環(huán)境進行拍照，并將照片存入SD

4、卡中。在控制算法方面，通過卡爾曼濾波算法將MPU6050采集的加速度信號和角速度信號進行計算，得出飛行器的姿態(tài)角，然后將模糊PID算法作為主要的控制算法，該算法將采集的姿態(tài)角以及設(shè)定的姿態(tài)角作為輸入信號，通過運算最終計算出所需的PWM信號的占空比，并且以此調(diào)節(jié)四個無刷電機的轉(zhuǎn)速來控制飛行器的姿態(tài)。
　　經(jīng)過matlab軟件仿真，控制算法的控制精度在一定范圍內(nèi)能夠達到本次設(shè)計預(yù)定要求，經(jīng)過實驗調(diào)試，飛行器的各個模塊均能正常工作，本次