基于STM32的四軸飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、四軸飛行器是一種常見的多旋翼式飛行器，擁有簡單的十字形結(jié)構(gòu)，四個電機(jī)呈對稱分布，通過實時調(diào)整各電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來實現(xiàn)飛行控制。與常規(guī)旋翼式飛行器相比，對稱分布的結(jié)構(gòu)和正反螺旋槳的設(shè)計可以抵消飛行器的反扭矩，不需要額外的反扭矩尾槳，通過四個電機(jī)的協(xié)調(diào)工作完成姿態(tài)控制，不需要通過調(diào)整螺旋槳的傾角來實現(xiàn)。四軸飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)十分簡單，能夠避免復(fù)雜的空氣動力學(xué)問題，飛行穩(wěn)定性好，易于維護(hù)，且能夠產(chǎn)生較大的升力。使得飛行器可以應(yīng)用在多種場合，現(xiàn)已大量應(yīng)

2、用于航拍、監(jiān)控、搶險和高空搬運(yùn)等任務(wù)中，隨著技術(shù)的更加成熟，將會有更加廣闊的應(yīng)用場景。
　　本文首先對四軸飛行器的工作原理進(jìn)行了分析，并建立了飛行器的數(shù)學(xué)模型，針對其對于姿態(tài)數(shù)據(jù)精度要求較高，且系統(tǒng)運(yùn)算量大的特點，設(shè)計了一種使用多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過互補(bǔ)濾波算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的飛行控制系統(tǒng)。傳感器數(shù)據(jù)的讀取涉及三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸電子羅盤，分別用于獲取角速度數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)和磁場數(shù)據(jù)，從而得到全面的姿態(tài)信息。然后詳

3、細(xì)論述了卡爾曼濾波算法和互補(bǔ)濾波算法實現(xiàn)多種傳感器數(shù)據(jù)融合的過程，通過比較兩種算法的解算精度和速度，選用了互補(bǔ)濾波算法作為飛行控制器的融合算法。為了避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模，最終采用了經(jīng)典的PID控制器實現(xiàn)四軸飛行器控制算法的設(shè)計。
　　本設(shè)計選用MPU6050運(yùn)動處理器件和GMR磁傳感器作為姿態(tài)傳感器組，并基于STM32平臺實現(xiàn)了飛行控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。該飛行控制器可以完成航模遙控數(shù)據(jù)的接收，傳感器數(shù)據(jù)的讀取，姿態(tài)角的解算，電機(jī)控