基于串級PID控制算法的四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著近幾年微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，四旋翼無人機(jī)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，同時四旋翼無人機(jī)因控制靈活、成本低廉等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在航拍、遙感監(jiān)測、災(zāi)后救災(zāi)、公安、消防、反恐、電影攝像、環(huán)境監(jiān)測、快遞派送等相關(guān)領(lǐng)域。由于四旋翼無人機(jī)是一個典型的非線性、強(qiáng)耦合、欠驅(qū)動和多輸入多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，使得四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)成為無人機(jī)研究的難點(diǎn)。
　　本論文以四旋翼無人機(jī)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(shè)計出一套完整的四旋翼無人機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)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(jī)驅(qū)動模塊、通信模塊等組成。主控制器采用STM32F407VGT6單片機(jī)，遙控指令和電機(jī)轉(zhuǎn)速控制分別采用主控制器內(nèi)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(shí)現(xiàn)飛控與上位機(jī)之間的通信；第二，實(shí)現(xiàn)了無

3、人機(jī)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(jìn)行平滑處理，再采用互補(bǔ)濾波對陀螺儀、加速度計、磁力計的數(shù)據(jù)進(jìn)行互補(bǔ)融合，最后采用四元數(shù)法解算無人機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行非線性動力學(xué)建模，采用LPV法對非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理，得到無人機(jī)各個通道的傳遞函數(shù)，并在MATLAB/Simulink中搭建