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(wěn)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(huán)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(yè)比如航空拍攝、遙感勘測、實時監(jiān)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(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(tài)數據的獲取、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據，根據姿態(tài)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(tài)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(tài)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(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)。實驗結果表明，本課題設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)控制算法完全實現了使四旋翼飛行器能在室內平穩(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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