四軸飛行器擁有四個旋翼，屬于多旋翼直升機。四軸飛行器具有四個成對稱分布的旋翼。它通過控制四個旋翼的旋轉(zhuǎn)速度而非機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)各種飛行動作。四軸飛行器具有成本低、機體結(jié)構(gòu)簡單、沒有機械結(jié)構(gòu)、飛行穩(wěn)定性好、重量輕、有利于小型化無人化等特點。因此可以應(yīng)用在人無法到達的一些復(fù)雜環(huán)境之中。目前四旋翼飛行器等多旋翼飛行器已經(jīng)在很多行業(yè)比如航空拍攝、遙感勘測、實時監(jiān)控、軍事偵察、噴灑農(nóng)藥中得到了廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)形成了相關(guān)產(chǎn)業(yè)。四旋翼飛行器具有非線性控制、控制量多、飛行姿態(tài)控制過程復(fù)雜等特性。本課題基于實現(xiàn)四軸飛行器低成本小型化通用化的思路，通過研究剖析四旋翼飛行器飛行的原理，根據(jù)其數(shù)學(xué)模型和控制系統(tǒng)的功能要求，在MCU上實現(xiàn)了四旋翼飛行器的姿態(tài)數(shù)據(jù)的獲取、飛行姿態(tài)解算以及飛行姿態(tài)控制。本課題硬件上采用stm32系列STM32F103C8T632位處理器作為主控制器負責分析處理數(shù)據(jù)，根據(jù)姿態(tài)運算結(jié)果，輸出電機控制信號；主要使用慣性測量單元MPU-6050等傳感器模塊用于姿態(tài)信息的檢測；采用場效應(yīng)管驅(qū)動電路來驅(qū)動空心杯電機；藍牙模塊負責和上位機進行通信以實時采集飛行數(shù)據(jù)便于分析測試。整個軟硬件系統(tǒng)均基于模塊化設(shè)計的思想。各傳感器采集飛行器的傳感器數(shù)據(jù)都使用通用數(shù)字接口和MCU進行數(shù)據(jù)交換和通信。軟件上，編寫飛行姿態(tài)控制軟件，在stm32單片機上實現(xiàn)了四元數(shù)法和卡爾曼濾波算法，解算出飛行器正確的姿態(tài)角，并使用PID控制進行姿態(tài)角的閉環(huán)控制，穩(wěn)定飛行姿態(tài)。實驗結(jié)果表明，本課題設(shè)計的四軸飛行器能夠較好的自主達到穩(wěn)定飛行狀態(tài)，抗擾動能力強。飛行姿態(tài)控制算法完全實現(xiàn)了使四旋翼飛行器能在室內(nèi)平穩(wěn)飛行的控制要求。
標簽：
Arduino
stm32單片機
四旋翼飛行器
上傳時間：
2022-07-17
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