基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计

四旋翼飞行器控制系统的性能决定了飞行效果的优劣,如何改善飞行控制系统使其拥有更良好的表现成为近几年的研究热点。根据四旋翼飞行器的飞行原理,设计了一种新型四旋翼飞行器控制系统。该系统以STM32作为主控制器,配合各姿态传感器实现飞行器姿态及位置的控制,并结合以姿态角为主要误差源的双环结构PID控制器,提高了飞行器的平稳性。经实际飞行验证,该飞行控制系统方案能够取得较稳定的飞行效果。     

基于PID的四旋翼飞行器姿态控制系统

飞行控制系统很大程度上决定了四旋翼飞行器的飞行性能。分析飞行器模型,并在此基础上设计实现一种基于PID(Proportion, Integration, Differentiation)控制方法的飞行器姿态控制系统。整个控制系统包括第1阶段的四元数姿态解算（PI）和第2阶段的油门计算（PID）。通过PI方法融合加速度和角速度传感器的输出,计算出飞行器当前的姿态角;通过PID方法融合当前姿态和目标姿态控制电机油门输出。上位机通过蓝牙获取飞行器数据,结果显示该系统能很好地保持飞行器的稳定姿态。     

六轴旋翼碟形飞行器控制系统软件设计及仿真研究

采用了控制不同电机转速组合的方法,对六轴旋翼碟形飞行器进行姿态控制,使六轴旋翼碟形飞行器在不同姿态下飞行时具有较好的性能;为了实现六轴旋翼碟形飞行器的飞行控制,对飞行器的控制系统进行了初步的设计,并且给出了控制系统软件设计流程图;同时以ProtuesISIS软件为基础建立了六轴旋翼碟形飞行器控制系统的仿真模型,并进行了仿真,仿真结果显示该控制系统能够满足六轴旋翼碟形飞行器起飞、悬停及降落等控制姿态的要求。     

雷达监测协同飞行器列阵飞行控制系统设计

当前飞行器列阵飞行控制技术中单机间相对位置不易确定,造成列阵飞行状态监测和姿态感知较难,存在控制准确度低、可靠性差的问题。据此,设计一种基于改进降噪目标提取算法的地面站可见光监测控制系统。通过对列阵中各单机飞行状态的图像监测,确定位置与姿态,以及其在列阵中的位置偏差,给出实时动态调整指令;设计的改进型降噪目标提取算法,降低了复杂背景噪声对飞行器目标提取的影响,提高了监测准确性。该系统将飞行状态监测和姿态感知功能设置于地面站中,极大减少了对飞机的载荷依赖,实现对飞行器列阵飞行的智能管理和任务规划。经实验验证,该智能控制系统的偏差率维持在2%以下,结果表明本智能控制系统能够准确、可靠的控制50架飞行器列阵的静态和动态行动。     

飞行器姿态数据获取的新方法及其应用

在战时,主流的INS/GPS组合导航系统可能失去GPS的修正,姿态数据会渐渐出现漂移甚至慢慢发散,从而威胁无人飞行器的飞行安全;因此,实现低成本高稳定性的飞行器姿态余度系统将有重大现实意义;通过工程实践与研究,该文以飞行器纵向通道为例,给出了某小型无人机通过低成本倾角传感器在整个飞行包线内获取稳定可靠姿态数据的新方法;该方法克服了倾角传感器抗振性能极差的缺点,扩展了倾角传感器的应用领域,并且实现了稳定可靠廉价的飞行器姿态余度系统.     

变桨距四旋翼飞行器控制系统设计

变桨距四旋翼飞行器是通过改变旋翼的桨距大小来改变升力的,这种控制策略可使飞行器姿态的响应和控制的延迟都会小很多,同时可以节省资源和能耗。通过分析对比变桨距与传统的变转速四旋翼飞行器的结构和飞行原理,根据其数学模型和控制要求,设计了变桨距四旋翼飞行器的控制系统。该系统采用STM32F427微处理器作为主控制器,使用MPU6000等惯性测量单元及其他传感器用于检测飞行器的位置、姿态;基于四元数方法进行姿态解算;利用PID控制算法对飞行器姿态、高度进行闭环控制。试飞结果表明,变桨距四旋翼飞行器能够稳定飞行,满足系统要求。     

四轴飞行器姿态控制系统设计

四轴飞行器具有不稳定、非线性、强耦合等特性,姿态控制是四轴飞行器飞行控制系统的核心;通过分析四轴飞行器的飞行原理,根据其数学模型和系统的功能要求,设计了四轴飞行器的姿态控制系统;该系统采用stm32系列32位处理器作为主控制器,使用ADIS16355惯性测量单元等传感器用于姿态信息检测;系统基于模块化设计的思想,各传感器都使用数字接口进行数据交换,结构简单;使用PID控制算法进行姿态角的闭环控制,实验结果表明,飞行器能较好的稳定在实验平台上,系统满足四轴飞行器室内飞行姿态控制的要求.     

四旋翼微型飞行器控制系统设计

四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置,通过调节电机转速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求。     

基于ADRC的四旋翼飞行器抗干扰控制研究

近年来随着自动控制技术的飞速发展,四旋翼飞行器在军事领域和民用方面均得到了广泛应用。飞行器控制系统的抗干扰能力决定了四旋翼飞行器飞行性能的稳定性和可靠性。飞行器控制系统常采用经典PID(Proportional Integral Derivative)方法,该方法容易受到外界的干扰,增大了控制难度。本文采用自抗扰控制(Auto Disturbances Rejection Control,ADRC)算法对四旋翼飞行器模型的飞行位置和姿态进行了控制。通过与PID算法控制结果对比,可以得到以下结论:基于ADRC算法控制的四旋翼飞行器起飞1-2s后,其飞行位置、姿态、位置和姿态回路扰动均与期望值有较高的重叠性,同时飞行器的水平和空间飞行轨迹呈现出圆滑、平稳。因此,ADRC能够有效地解决飞行器的内部通道耦合和外部干扰等问题,使得四旋翼飞行器能更加方便、可靠、稳定地应用于各个领域。     

基于瑞萨单片机的四旋翼自主飞行器设计

该四旋翼自主飞行器以瑞萨公司的R5F100LEA单片机为控制核心,包括飞行姿态处理模块,超声波测距模块,红外传感器循迹模块,电机驱动模块以及微处理器模块等.飞行姿态处理由MPU6050加速度计陀螺仪提供,保证飞行器平稳飞行.超声波测距模块和红外传感器循迹模块为飞行器提供导航参数使飞行器可以按照规定航线并以一定高度飞行.本设计中应用了PPM控制方法,PID算法,平滑滤波等,使飞行器实现在一定区域内一键式起飞,稳定飞行,精确降落.并且可以拾取物件,完成空投任务,最终精确降落并停机.     

四旋翼飞行器控制系统设计

四旋翼飞行器姿态控制是四旋翼飞行器控制系统的核心. 通过分析四旋翼飞行器的飞行原理,模型建立,设计了四旋翼飞行器的姿态控制系统;在该系统中采用STM32系列处理器作为主控芯片,MPU6050三轴加速度集和三轴陀螺仪惯性测量单元、磁力计等传感器用于姿态信息检测. 本文中传感器使用结构简单的数字接口对数据进行交换,运用模块化的思想对系统进行设计. 使用PID控制算法进行姿态角的闭环控制,最终实验结果表明,在实验平台上四旋翼飞行器飞行效果稳定,系统满足四旋翼飞行器飞行姿态控制的要求.     

基于多传感器的四旋翼飞行器硬件系统设计

四旋翼飞行器由于其简单的机体结构与较为复杂的姿态控制,近年来在军用和民用领域广泛应用。旨在通过四旋翼飞行器飞控平台的搭建,实现对飞行器姿态的稳定控制。首先论述了四旋翼飞行器的飞行原理与机械结构,给出了硬件系统总体结构。在对各功能模块整合的基础上,实现基于多传感器的控制系统硬件电路设计。仿真与实验证明：多传感器使用过程中,通过卡尔曼滤波进行姿态数据的融合,有效地解决了加速度计、陀螺仪易受外界干扰问题,所设计硬件系统在飞行实验中性能稳定,为四旋翼的稳定控制提供了参考。     

基于MEMS传感器的飞行姿态指示系统

采用MEMS传感器设计了一种飞行姿态指示系统.给出了系统的原理及整体框架,重点阐述了系统的硬件电路和软件的设计.系统以32位处理器STM32F103C作为控制核心,采用MEMS加速度计和磁传感器测量各轴向的重力加速度分量和地磁强度,进而确定飞行姿态.与传统姿态指示系统相比较,该系统体积小、功耗低.试验表明该系统具有较高的可靠性,适合无人机等体积小、机动性低的飞行器.     

无人旋翼飞行器自适应飞行控制系统设计与仿真

为了设计出能适应不同飞行任务的无人旋翼飞行器飞行控制系统,讨论了模型逆控制器原理.提出了神经网络补偿控制器及其权系数在线算法,分析了综合控制器稳定性.导出了无人旋翼飞行器旋转动力学逆控制器和平移动力学逆控制器,设计了姿态内回路控制器和轨迹外回路控制器,确定了共轴旋翼转速驱动电机的控制分配策略.规划了组合机动飞行科目来模拟自动飞行任务.通过仿真验证了自适应飞行控制系统对无人旋翼飞行器水平垂直运动、悬停和航向运动的飞行控制能力.结果表明,所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现姿态与轨迹的稳定和跟踪控制.     

小型四旋翼飞行器试验平台设计

为了实现小型四旋翼飞行器的自主导航,进行自主飞行的相关试验,并为控制器设计和微小型导航系统性能试验等研究工作提供实体验证平台,开展了小型四旋翼飞行器系统的设计.完成了系统的模块化设计,进行硬件电路设计和调试以及平台的搭建,实现导航、控制、通信等功能模块的集成.设计PC机监控软件,完成了基于USB HID协议的操纵杆数据读取,对操纵杆遥控控制模式下小型四旋翼飞行器进行实时监测,实现人机交互、控制方式选择、对飞行姿态和路线的设置、飞行器导航参数的显示等功能,开展了飞行试验,验证所设计平台各功能模块的可行性.     

基于多环QFT的高超声速飞行器鲁棒控制

阐述了定量反馈理论(QFT)的基本原理和设计方法,针对超燃冲压发动机不同工作状态时高超声速飞行器不确定性模型,应用多环QFT设计了高超声速飞行器纵向飞行控制系统;仿真结果表明,运用QFT方法设计的控制系统不仅具有良好的跟踪性能和抗干扰性能,而且能够很好地解决飞行控制系统由于模型参数具有不确定性而造成的控制系统鲁棒性设计问题,并从工程应用角度为高超飞行器纵向飞行控制系统提供了一种鲁棒控制设计方案。     

高亚音速无人机姿态确定与控制系统设计

姿态确定与控制问题是无人机飞行控制设计中的关键问题.设计了高亚音速无人机的飞行控制系统,其硬件组成部分包括飞控计算机、组合导航计算机、电动伺服舵机、传感器、飞行参数记录仪以及地面检测装置;设计了基于速率陀螺、加速度计、磁航向计、GPS等多传感器系统的无人机姿态测量系统,并给出了基于信息融合卡尔曼滤波的姿态确定算法;设计了基于3个单变量控制回路的无人机姿态控制方案.仿真结果表明了高亚音速无人机的姿态确定方法和姿态控制方法的有效性.     

基于STM32的姿态感知四轴飞行器的设计

为了方便、准确的控制四轴飞行器正常飞行,设计了基于姿态感知的四轴飞行器和手部姿态感知系统,该系统以STM32为核心处理器,通过陀螺仪采集手部姿态信息,对采集的手部姿态信息利用低通滤波器和Kalman相结合进行去噪处理,之后利用联邦Kalman算法对手部姿态信息、机体姿态和气压计的信息进行融合,调节控制四轴飞行器飞行的PID参数,使其能够根据手部姿态进行前、后、左、右、上、下、悬停等飞行,并通过实验仿真验证手部姿态信息与飞行器飞行动作的一致性,通过实验验证可知飞行器的飞行动作和手部姿态保持一致,系统能够稳定工作且满足一般控制要求,并为相关设计提供了参考。     

一种多旋翼飞行器的设计及实验验证

传统多旋翼机具有欠驱动特性,且平移、旋转运动均存在强耦合,极大地限制了飞行器的机动性能．为此本文设计了一种具备全向运动、推力矢量控制飞行、倾转悬停功能的多旋翼飞行器．该飞行器结构为正四面体,4个倾转旋翼模组分别固定于该四面体的4个顶点．每个倾转旋翼模组能够提供矢量推力,从结构上实现了飞行器姿态控制和位置控制的解耦,使得飞行器能够实现3维空间中全姿态的轨迹跟踪．为避免欧拉角控制产生的奇异性,设计了基于四元数的姿态控制器．利用可控性原理分析了旋翼发生故障时飞行器的可控性,证明了相比传统飞行器它具有更高的容错性．样机实验测试了该飞行器的大角度复杂机动动作以及推力矢量控制飞行能力,可实现最大70°的倾转悬停．实验结果表明,该飞行器相比于传统的四旋翼飞行器具备更高的机动性．     

基于STM32和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器设计

本四旋翼自主飞行器采用STM32F407ARM芯片作为飞控主控制核心,硬件包括了飞行姿态采集模块、超声波测距模块、摄像头循迹模块、无刷电机驱动模块以及STM32F407摄像头数据处理模块等。飞行姿态处理由MPU-9150加速度计陀螺仪提供,实现了飞行器的平稳飞行。超声波测距模块和摄像头循迹模块为飞行器提供导航参数,使飞行器可以按照规定航线并以一定高度飞行。为了保证摄像头数据处理的实时性,本设计中增加了一片STM32F407芯片专门处理摄像头数据。通过姿态解算、PID控制算法、摄像头数据采集处理,使飞行器实现一键式起飞,定高跟着赛道线稳定飞行,最终平稳降落。通过多次测试,证明该基于双STM32芯片和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器稳定、可靠。