基于LM4F120的四旋翼飛行控制器的研究.pdf

1、能在天空自由翱翔一直以來(lái)是人類的夢(mèng)想，自上個(gè)世紀(jì)初飛機(jī)被發(fā)明之后，飛行器的研制技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。近幾十年來(lái)，無(wú)人機(jī)作為飛行器的一種成為各國(guó)科研人員的重要研究對(duì)象，智能化也成為無(wú)人機(jī)的一個(gè)重要的研究方向。四旋翼飛行器作為一種無(wú)人機(jī)以其優(yōu)良的性能受到世界上眾多飛行器研究者的青睞。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)在四旋翼飛行器上得到了廣泛的應(yīng)用，這也使得四旋翼飛行器的性能越來(lái)越優(yōu)良，能實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越多。

2、　　盡管四旋翼飛行器自問(wèn)世以來(lái)就受到了廣泛關(guān)注，不少科研人員對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，但是其本身的一些缺陷使得在實(shí)際中的應(yīng)用不是特別廣泛，除了世界上少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家研制出了能夠應(yīng)用于實(shí)際生活中的四旋翼飛行器，并且已經(jīng)將其投入使用，大部分的科研僅停留在仿真階段。本文在查閱了大量的有關(guān)四旋翼飛行器的資料后，分析并總結(jié)了目前一些開(kāi)源的四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)方案，對(duì)四旋翼飛行器的控制器進(jìn)行了研究。
　　本文認(rèn)真分析了四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，根據(jù)其控制

3、特性，對(duì)飛行器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并列出了簡(jiǎn)化后的數(shù)學(xué)方程，為后面的仿真實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)以TI公司的基于Cortex-M4F內(nèi)核的LM4F120H5QR作為主控芯片，外圍電路搭載了MPU6050作為檢測(cè)姿態(tài)角的傳感器，以及超聲波模塊US-100作為測(cè)量高度的傳感器。此外為了使四旋翼飛行器實(shí)現(xiàn)航拍的功能，在硬件電路上還加入了攝像頭模塊OV7670和SD卡，飛行器在飛行過(guò)程中能夠通過(guò)OV7670對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行拍照，并將照片存入SD

4、卡中。在控制算法方面，通過(guò)卡爾曼濾波算法將MPU6050采集的加速度信號(hào)和角速度信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得出飛行器的姿態(tài)角，然后將模糊PID算法作為主要的控制算法，該算法將采集的姿態(tài)角以及設(shè)定的姿態(tài)角作為輸入信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算最終計(jì)算出所需的PWM信號(hào)的占空比，并且以此調(diào)節(jié)四個(gè)無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制飛行器的姿態(tài)。
　　經(jīng)過(guò)matlab軟件仿真，控制算法的控制精度在一定范圍內(nèi)能夠達(dá)到本次設(shè)計(jì)預(yù)定要求，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，飛行器的各個(gè)模塊均能正常工作，本次