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速度而非機械結構來實現各種飛行動作。四軸飛行器具有成本低、機體結構簡單、沒有機械結構、飛行穩定性好、重量輕、有利于小型化無人化等特點。因此可以應用在人無法到達的一些復雜環境之中。目前四旋翼飛行器等多旋翼飛行器已經在很多行業比如航空拍攝、遙感勘測、實時監控、軍事偵察、噴灑農藥中得到了廣泛的應用，并已經形成了相關產業。四旋翼飛行器具有非線性控制、控制量多、飛行姿態控制過程復雜等特性。本課題基于實現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，根據其數學模型和控制系統的功能要求，在MCU上實現了四旋翼飛行器的姿態數據的獲取、飛行姿態解算以及飛行姿態控制。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據，根據姿態運算結果，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信息的檢測；采用場效應管驅動電路來驅動空心杯電機；藍牙模塊負責和上位機進行通信以實時采集飛行數據便于分析測試。整個軟硬件系統均基于模塊化設計的思想。各傳感器采集飛行器的傳感器數據都使用通用數字接口和MCU進行數據交換和通信。軟件上，編寫飛行姿態控制軟件，在stm32單片機上實現了四元數法和卡爾曼濾波算法，解算出飛行器正確的姿態角，并使用PID控制進行姿態角的閉環控制，穩定飛行姿態。實驗結果表明，本課題設計的四軸飛行器能夠較好的自主達到穩定飛行狀態，抗擾動能力強。飛行姿態控制算法完全實現了使四旋翼飛行器能在室內平穩飛行的控制要求。
標簽：
Arduino
stm32單片機
四旋翼飛行器
上傳時間：
2022-07-17
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