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基于STM32单片机的四旋翼飞行器控制系统研究与设计

更新时间：2020-02-09 18:20:02 大小：4M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：stm32单片机四旋翼飞行器 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

近年来，四旋翼飞行器技术及应用呈井喷式发展,因其成本低廉、机动灵活、维护方便等特点,被广泛应用于军事和商业民用领域。四旋翼飞行器技术涉及了电子通信、材料、控制等众多技术领域。本文在综述了四旋翼飞行器的发展现状、发展趋势及关键技术的基础上重点研究了四旋翼飞行器的动力学建模、姿态解算算法和姿态控制算法，并通过控制系统仿真实验验证了所设计算法的有效性。最后从硬件与软件设计两方面入手设计了飞行实验平台用以验证算法的有效性和实用性。本文主要研究内容与成果包括：

  首先,基于四旋翼飞行器飞行原理对飞行器所受合外力及力矩进行理论分析，在双坐标系下根据牛顿-欧拉方程建立四旋翼飞行器动力学模型。

  其次，基于动力学模型设计了姿态解算算法及控制算法，并在MATLABsimulink仿真环境中建立控制系统仿真模型以验证算法。先对传感器测量数进行初步的滤波处理以获得较为准确的传感器测量数据；再经过互补融合校正，得到精确的陀螺仪数据，采用一阶龙格-库塔法求解微分方程得到当前机体精确的姿态信息。接着采用双闭环控制算法串级PID对系统的内环(姿态环)和外环(位置环)控制器进行设计。控制器输出各电机控制信号对电机转速进行调节实现对飞行器姿态及位置的控制。

  最后，基于STM32微型处理器从硬件与软件两方面入手设计制作了四旋翼飞行器原型机作为飞行实验平台，用于在前期获得建立仿真模型的各项参数以及后期对控制算法进行实际飞行测试实验。从理论和实际两个方面来全面验证算法的有效性和实用性。

  仿真实验结果显示：所设计控制器对目标信号有很好的跟踪效果，并且最终能够准确到达目标位置并保持姿态稳定；在进一步的实际飞行平台测试结果表明：姿态解算算法能很好的改善数据的精确程度，而且双闭环串级PID控制器也具有良好的综合性能。

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