四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、四旋翼飛行器是一種由四組電機旋翼聯(lián)合驅(qū)動從而實現(xiàn)垂直起降、橫滾、俯仰等一系列空中動作的無人飛行器，其主要的特點有機動性與操控性強、結(jié)構(gòu)簡單新穎、制造成本低、易于實現(xiàn)定點懸停等，具有廣泛的應用前景。在軍事戰(zhàn)場上，特別是近地環(huán)境，可以用于執(zhí)行戰(zhàn)場偵查與監(jiān)視，其優(yōu)良的隱蔽性與機動性可執(zhí)行某些士兵無法完成的任務，甚至可配備電子干擾器或者小型武器，對敵方目標發(fā)起直接攻擊。在民用方面，可將其應用到森林、山地、海洋等地形復雜的環(huán)境中執(zhí)行搜索、救援等任

2、務。在工業(yè)方面，可利用其對道路橋梁、輸油管道、電力輸送設備等進行安全巡檢，不僅能夠降低成本，而且能夠提高巡檢效率。因此，四旋翼飛行器的開發(fā)與應用獲得了眾多科研人員的關(guān)注。
　　本文設計了一套四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)，完成了樣機的搭建。依據(jù)飛行器的飛行原理，分別完成了PID控制器與無模型控制器的設計。通過懸停飛行實驗，對兩種控制器在姿態(tài)控制的穩(wěn)定性以及抗擾動性方面進行了研究。本文主要包括以下內(nèi)容:
　　1、針對任務要求與性能需求

3、，提出了一種四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的硬件總體方案。綜合考慮性能、功耗、價格等因素選取合適的電子器材，以STM32為主控制器，配合陀螺儀傳感器、加速度傳感器、高度計等來設計姿態(tài)控制系統(tǒng)，選取直流無刷電機作為動力機構(gòu)。設計了相關(guān)的硬件電路圖，并完成四旋翼飛行器樣機的制作。
　　2、四旋翼飛行器控制算法的研究是本文的重點內(nèi)容，本文首先介紹了基于動力學簡化模型的PID控制器，該控制器是具有姿態(tài)控制回路與位置控制回路的雙環(huán)結(jié)構(gòu)。然后，根據(jù)