基于Cortex-M4的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、四旋翼無(wú)人機(jī)具有尺寸小、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)自由等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于街景影視拍攝、監(jiān)控巡察、電力巡檢、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)、快遞配送等領(lǐng)域。四旋翼無(wú)人機(jī)吸引了許多學(xué)術(shù)研究人員，但是研究中最大的挑戰(zhàn)是控制器設(shè)計(jì)。本文從四旋翼無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)著手，設(shè)計(jì)滿足穩(wěn)定性和魯棒性要求的軌跡跟蹤控制算法，同時(shí)處理了系統(tǒng)受到環(huán)境參數(shù)變化帶來(lái)的擾動(dòng)。
　　控制器設(shè)計(jì)是四旋翼無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)中最重要的部分，通過(guò)對(duì)比多廠家的同類芯片以及綜合考慮芯片的性

2、能參數(shù)，最終選用內(nèi)核為Cortex-M4的STM32F407VGT6主控制器芯片，并給出主控制器外圍電路的設(shè)計(jì)。慣性測(cè)量單元（IMU）選用MPU6050元件，用于測(cè)量機(jī)體坐標(biāo)系的三軸角加速度和線加速度。選用 HMC5883L磁力傳感器測(cè)量地球磁場(chǎng)，無(wú)人機(jī)的高度信息通過(guò)MS5611芯片測(cè)量。對(duì)于硬件系統(tǒng)電源管理模塊和無(wú)線傳輸模塊給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。四旋翼無(wú)人機(jī)軟件系統(tǒng)的研究采用模塊化設(shè)計(jì)，給出了各模塊芯片驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。
　　基于

3、四旋翼無(wú)人機(jī)非線性模型，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而解決各傳感器數(shù)據(jù)不能同步更新的問(wèn)題，以保證四旋翼無(wú)人機(jī)安全平穩(wěn)的飛行。由于原始非線性模型不易進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)，本文通過(guò)反饋線性化方法將其轉(zhuǎn)化為線性可控的模型，隨后利用成熟的線性控制理論進(jìn)行控制律的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤，同時(shí)借助Matlab數(shù)值仿真驗(yàn)證該控制器的有效性。
　　最后對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行了實(shí)物飛行，驗(yàn)證了本文研究的四旋翼無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系