基于串級PID控制算法的四旋翼無人機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著近幾年微電子技術的不斷發(fā)展，四旋翼無人機取得突飛猛進的發(fā)展，同時四旋翼無人機因控制靈活、成本低廉等特點被廣泛應用在航拍、遙感監(jiān)測、災后救災、公安、消防、反恐、電影攝像、環(huán)境監(jiān)測、快遞派送等相關領域。由于四旋翼無人機是一個典型的非線性、強耦合、欠驅動和多輸入多輸出的復雜系統(tǒng)，使得四旋翼無人機控制系統(tǒng)成為無人機研究的難點。
　　本論文以四旋翼無人機為研究對象，采用串級PID作為控制系統(tǒng)的偏差糾正算法，設計出一套完整的四旋翼無人機控

2、制系統(tǒng)，論文的主要工作分為四大部分。第一，完成四旋翼無人機控制系統(tǒng)的硬件設計，硬件控制系統(tǒng)由主控模塊、姿態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊、電機驅動模塊、通信模塊等組成。主控制器采用STM32F407VGT6單片機，遙控指令和電機轉速控制分別采用主控制器內部定時器的PWM輸入捕獲和PWM輸出功能，采用慣性測量元器件MPU6050和磁阻傳感器AK8975分別測量飛行器的角速度、加速度和磁阻值。通信部分采用無線通信模塊實現(xiàn)飛控與上位機之間的通信；第二，實現(xiàn)了無

3、人機空間飛行姿態(tài)解算及主控器與姿態(tài)測量傳感器之間的IIC通信。主控制器讀取姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)后采用滑動均值濾波和牛頓插值對傳感器原始數(shù)據(jù)進行平滑處理，再采用互補濾波對陀螺儀、加速度計、磁力計的數(shù)據(jù)進行互補融合，最后采用四元數(shù)法解算無人機的空間姿態(tài)角；第三，根據(jù)牛頓第二定律以及力矩平衡原理，對四旋翼無人機控制系統(tǒng)進行非線性動力學建模，采用LPV法對非線性系統(tǒng)進行線性化處理，得到無人機各個通道的傳遞函數(shù)，并在MATLAB/Simulink中搭建