基于STM32單片機的四旋翼飛行器控制系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、近年來，四旋翼飛行器技術及應用呈井噴式發(fā)展,因其成本低廉、機動靈活、維護方便等特點,被廣泛應用于軍事和商業(yè)民用領域。四旋翼飛行器技術涉及了電子通信、材料、控制等眾多技術領域。本文在綜述了四旋翼飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及關鍵技術的基礎上重點研究了四旋翼飛行器的動力學建模、姿態(tài)解算算法和姿態(tài)控制算法，并通過控制系統(tǒng)仿真實驗驗證了所設計算法的有效性。最后從硬件與軟件設計兩方面入手設計了飛行實驗平臺用以驗證算法的有效性和實用性。本文主要研究內

2、容與成果包括：
　　首先,基于四旋翼飛行器飛行原理對飛行器所受合外力及力矩進行理論分析，在雙坐標系下根據牛頓-歐拉方程建立四旋翼飛行器動力學模型。
　　其次，基于動力學模型設計了姿態(tài)解算算法及控制算法，并在MATLAB\simulink仿真環(huán)境中建立控制系統(tǒng)仿真模型以驗證算法。先對傳感器測量數(shù)進行初步的濾波處理以獲得較為準確的傳感器測量數(shù)據；再經過互補融合校正，得到精確的陀螺儀數(shù)據，采用一階龍格-庫塔法求解微分方程得到當前機

3、體精確的姿態(tài)信息。接著采用雙閉環(huán)控制算法串級PID對系統(tǒng)的內環(huán)(姿態(tài)環(huán))和外環(huán)(位置環(huán))控制器進行設計?？刂破鬏敵龈麟姍C控制信號對電機轉速進行調節(jié)實現(xiàn)對飛行器姿態(tài)及位置的控制。
　　最后，基于STM32微型處理器從硬件與軟件兩方面入手設計制作了四旋翼飛行器原型機作為飛行實驗平臺，用于在前期獲得建立仿真模型的各項參數(shù)以及后期對控制算法進行實際飛行測試實驗。從理論和實際兩個方面來全面驗證算法的有效性和實用性。
　　仿真實驗結果顯