基于嵌入式的四旋翼飛行器姿態(tài)控制設計.pdf

1、隨著微小型處理器、傳感器、電機等技術的前進，以及姿態(tài)解算方法和控制算法的發(fā)展，多旋翼飛行器的研究和開發(fā)受到廣大科研院校及科技公司的關注。飛行器的姿態(tài)控制研究是其核心內容之一，直接影響著其性能及推廣應用。本文從學習研究四旋翼飛行器整體系統(tǒng)的角度出發(fā)，選用低成本、高可靠性的微小型傳感器模塊及處理器設計四旋翼飛行器樣機，旨在通過優(yōu)化數(shù)據(jù)處理及控制算法改善飛行器的穩(wěn)定性及可靠性，為開展飛行器完全自主飛行研究。
　　本研究首先制定研究所需飛

2、行器的設計要求，選用合適的機架及配套的電機、電子調速器（電調）及供電鋰電池，初步構成四旋翼的框架。設計了以STM32F103為主控微處理器，集成加速度計、陀螺儀、磁力計、氣壓計，同時外擴連接GPS模塊、超聲波、通信模塊等，實現(xiàn)飛行器的運動及姿態(tài)相關信息的測量，完成了四旋翼飛行器的硬件的搭建。其次，對四旋翼飛行器的姿態(tài)解算及控制算法進行設計。針對單一傳感器測量精度差、可靠性低的問題，設計了基于信息融合的姿態(tài)解算法，利用互補濾波的方法，將加

3、速度、陀螺儀和磁力計的測量值根據(jù)其特點進行基于四元數(shù)法的綜合解算，得到姿態(tài)角的最優(yōu)估計；高度及位置測量中采用了分散卡爾曼濾波的融合算法，將超聲波、氣壓計、GPS和加速度計的測量值融合解算，得到高度和位置的最優(yōu)估計，實現(xiàn)了姿態(tài)位置信息的實時可靠獲取。同時根據(jù)四旋翼飛行器的動力學特點及控制策略，設計了基于改進PID的姿態(tài)角實時調整控制方法，以及基于姿態(tài)角控制的位置控制算法，提高飛行器的運動穩(wěn)定性。最后，介紹了四旋翼飛行器的主要模塊的軟件設計