基于PID算法的四旋翼姿態(tài)控制系統(tǒng)與研究.pdf

1、四旋翼飛行器是一個具有強(qiáng)耦合、不穩(wěn)定、非線性等特點(diǎn)的復(fù)雜控制對象，對其姿態(tài)控制的方法包括力學(xué)原理、傳感器通信、計算機(jī)處理以及無線通信等學(xué)科。本論文研究的工作重點(diǎn)在于傳感器的調(diào)試、動力學(xué)模型的建立及仿真，WIFI數(shù)據(jù)通道的建立及基于PID控制算法的設(shè)計。
　　本文通過研究四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、姿態(tài)解算方式及飛行控制技術(shù)，設(shè)計了以S3C2440的主控芯片為硬件開發(fā)平臺，在Linux環(huán)境下進(jìn)行軟件開發(fā)。硬件平臺集成了MPU-6000及K

2、S103為慣性測量單元的飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)。軟件設(shè)計上以Linux系統(tǒng)作為運(yùn)行平臺，在PC機(jī)上搭建交叉編譯環(huán)境并編寫應(yīng)用層與控制算法層程序。在數(shù)據(jù)通道方面，以RS232及IIC協(xié)議實(shí)現(xiàn)了傳感器與主控芯片的數(shù)據(jù)解析并通過TCP下socket通信協(xié)議建立了與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通道。通過加權(quán)法融合當(dāng)前傳感器中加速度和陀螺儀的測量數(shù)據(jù)，估算出當(dāng)前的運(yùn)動姿態(tài)。將得出的姿態(tài)角度與穩(wěn)定姿態(tài)角做差值，并將該差值作為PID控制器的模糊輸入量，通過PID控制算法計

3、算，得到當(dāng)前角度快速向穩(wěn)態(tài)角度收斂對應(yīng)的電機(jī)調(diào)節(jié)量，從而改變旋翼轉(zhuǎn)速以使得飛行器向平穩(wěn)姿態(tài)調(diào)整。
　　本文對四旋翼飛行器自主飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行了整體方案設(shè)計并搭建出軟硬件平臺，并把重點(diǎn)放在了傳感器的調(diào)試與算法的設(shè)計。分別對俯仰角進(jìn)行比例、積分和微分三種收斂算法進(jìn)行說明，并設(shè)計出增量式PID軟件算法。論文最后對四旋翼俯仰軸姿態(tài)進(jìn)行了建模仿真，測試結(jié)果表明本課所研究的關(guān)于四旋翼姿態(tài)角控制的PID算法是可行的，保證了四旋翼在起飛階段微小氣