一種四旋翼無人機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)研究.pdf

1、作為多旋翼飛行器中的一種，四旋翼無人機具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、可垂直起降等優(yōu)點，具有廣泛的民用和軍用價值。在這一背景下，本文結(jié)合中國科學(xué)院沈陽自動化研究所開放課題（室內(nèi)三維位置環(huán)境理解與自主控制研究），在總結(jié)四旋翼無人機研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展了四旋翼無人機系統(tǒng)的設(shè)計、制作、調(diào)試和實現(xiàn)研究。
　　首先設(shè)計了四旋翼無人機的飛行平臺，為航行姿態(tài)測量和飛行控制的研究提供了基礎(chǔ)。根據(jù)四旋翼無人機的飛行原理，利用牛頓力學(xué)方法建立了無人

2、機的系統(tǒng)動力學(xué)模型，并對模型中的關(guān)鍵參數(shù)進行了測量。
　　整個四旋翼無人機系統(tǒng)由航姿參考系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)兩個核心部分組成。航姿參考系統(tǒng)實時采集各傳感器數(shù)據(jù)并解算無人機載體的姿態(tài)、位置、速率信息，為飛行控制系統(tǒng)提供反饋信號。飛行控制系統(tǒng)接收控制指令和航姿參考系統(tǒng)反饋的信息，運行飛行控制算法解算出各個電機的控制指令，并將控制指令轉(zhuǎn)化為PWM信號驅(qū)動電機帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)飛行動作。
　　根據(jù)設(shè)計方案，選取高性能的STM32

3、系列處理器、MEMS傳感器和其他電子器件，開展了大量的軟硬件調(diào)試和基礎(chǔ)功能驗證實驗，設(shè)計和制作的導(dǎo)航電路板和飛控電路板，分別作為航姿參考系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。完成硬件設(shè)計和實現(xiàn)之后，基于層次化、結(jié)構(gòu)化思想，分別編寫了導(dǎo)航電路板和飛控電路板的底層驅(qū)動程序、功能模塊程序和系統(tǒng)應(yīng)用程序。
　　在航姿參考系統(tǒng)中，綜合MEMS陀螺儀、加速度計和磁強計的優(yōu)缺點，對各傳感器數(shù)據(jù)進行前端校正和低通數(shù)字濾波處理后，設(shè)計了擴展卡爾曼濾波器對無