基于无线遥控技术的四旋翼飞行器控制系统设计

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1、南通职业大学学报２０15年第29卷第2期２０15年6月南通职业大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＴＯＮＧＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬUNIVERSITYＶｏｌ．29Ｎｏ．2Jun.２０15!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!doi:10.3969/j.issn.1008-5327.2015.02.021基于无线遥控技术的四旋翼飞行器控制系统设计朱海荣，张鹤鸣，郭浩波（南通大学电气工程学院，江苏南通226019）摘要：作为微型无人机的一种，四旋翼飞行器以其简单的机械

2、结构和优越的飞行性能成为科学研究领域中空中机器人的热点之一。文章以四旋翼飞行器为主要研究对象，以四元数理论为基础，推导了飞行器姿态解算算法；利用MEMS技术和嵌入式技术，开展基于无线遥控技术的四旋翼飞行器的硬件设计；运用VRML语言建立四旋翼3D模型，利用LabVIEW软件对该模型进行图像处理和显示，并在与飞行器远程通信的基础上，完成了其作为地面站的主要功能。测试结果表明，系统硬件工作稳定，姿态解算准确，控制算法很好地满足了控制要求，飞行器的稳定性和响应特性较为理想。关键词：四旋翼飞行器；姿态解算；四元数；VRML语言；LabVIEW中

3、图分类号：V249.1；TP274文献标志码：A文章编号：1008-5327（2015）02-0086-05ADesignofFour-rotorControlSystemBasedonWirelessRemoteControlTechnologyZHUHai-rong,ZHANGHe-ming,GUOHao-bo(SchoolofElectricalEngineering,NantongUniversity,Nantong226019,China)Abstract:AsakindofminiatureUAVs,four-rotorai

4、rcrafthasbecomeoneofthehottestareasofscientificresearchintheairrobotduetoitssimplemechanicalconstructionandsuperiorflightperformance.Thispaperconductsalgorithmforthisaircraftposturebytakingfour-rotoraircraftasthemainobjectandbasedonquaterniontheory.TheauthorsuseofMEMStec

5、hnologyandembeddedtechnology,wirelessremotecontroltechnologytocarryoutafour-rotordesignisbasedonhardware;useVRMLlanguagetheestablishmentoffourrotor3Dmodel,andthemodelofLabVIEWsoftwareforimageprocessinganddisplay,andthispapercompleteditsprimaryfunctionasagroundstationonth

6、ebasisofremotecommunicationwiththeaircraft.Thetestresultsshowthatthesystemhardwareisstable,accurate,solverattitudecontrolalgorithm,anditsatisfiesthecontrolrequirements,stabilityandresponsivenessoftheaircraft.Keywords:four-rotoraircraft;attitudesolution;quaternion;VRMLlan

7、guage;LabVIEW0引言随着嵌入式处理器、微传感器技术与控制理论的发展和成熟，微小型四旋翼无人机逐步向高效、多功能化方向发展，并广泛应用于军事、民用以及科学研究等多个领域[1]。随着MEMS技术的发展，嵌入式传感器具有尺寸小、重量轻、功耗低收稿日期：2015-03-20基金项目：国家自然科学基金（51307089）；教育部复杂测量重点实验室开放基金（MCCSE2014A02）；南通大学高等教育研究课题（2013GJ020）；南通大学大学生创新训练项目（2014063，2014066）作者简介：朱海荣（1979—），男，江苏张家

8、港人，副教授，主要研究方向为智能控制、滑模控制、精密伺服控制等。的优势，给微型旋翼飞行器的制作带来了便捷。四旋翼无人飞行器已成为无人飞行器研究领域中的热点。1系统硬件设计1.1飞行控制板的硬件设计飞行器的整