基于PID算法的四旋翼姿態(tài)控制系統(tǒng)與研究.pdf

1、四旋翼飛行器是一個具有強耦合、不穩(wěn)定、非線性等特點的復雜控制對象，對其姿態(tài)控制的方法包括力學原理、傳感器通信、計算機處理以及無線通信等學科。本論文研究的工作重點在于傳感器的調試、動力學模型的建立及仿真，WIFI數(shù)據(jù)通道的建立及基于PID控制算法的設計。
　　本文通過研究四旋翼飛行器結構特點、姿態(tài)解算方式及飛行控制技術，設計了以S3C2440的主控芯片為硬件開發(fā)平臺，在Linux環(huán)境下進行軟件開發(fā)。硬件平臺集成了MPU-6000及K

2、S103為慣性測量單元的飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)。軟件設計上以Linux系統(tǒng)作為運行平臺，在PC機上搭建交叉編譯環(huán)境并編寫應用層與控制算法層程序。在數(shù)據(jù)通道方面，以RS232及IIC協(xié)議實現(xiàn)了傳感器與主控芯片的數(shù)據(jù)解析并通過TCP下socket通信協(xié)議建立了與上位機的數(shù)據(jù)通道。通過加權法融合當前傳感器中加速度和陀螺儀的測量數(shù)據(jù)，估算出當前的運動姿態(tài)。將得出的姿態(tài)角度與穩(wěn)定姿態(tài)角做差值，并將該差值作為PID控制器的模糊輸入量，通過PID控制算法計

3、算，得到當前角度快速向穩(wěn)態(tài)角度收斂對應的電機調節(jié)量，從而改變旋翼轉速以使得飛行器向平穩(wěn)姿態(tài)調整。
　　本文對四旋翼飛行器自主飛行控制系統(tǒng)進行了整體方案設計并搭建出軟硬件平臺，并把重點放在了傳感器的調試與算法的設計。分別對俯仰角進行比例、積分和微分三種收斂算法進行說明，并設計出增量式PID軟件算法。論文最后對四旋翼俯仰軸姿態(tài)進行了建模仿真，測試結果表明本課所研究的關于四旋翼姿態(tài)角控制的PID算法是可行的，保證了四旋翼在起飛階段微小氣