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1、机电传动与控制课程设计题目：四轴飞行器的姿态控制学生姓名：张子扬学号：160403080107专业班级：机电16B指导老师：黄毅职称：讲师目录0引言………………………………………………………31四轴飞行器结构与飞行原理……………………………………31.1姿态控制系统功能与总体设计……………………………42姿态控制系统功能…………………………………42.2姿态控制系统总体设计………………………………………53统硬件设计…………………………………………………63.1主控制器…………………………………………
2、……………63.2惯性测量单元(IMU)…………………………………………73.3高度传感器……………………………………………………73.4无线数传模块…………………………………………………83.5电源模块………………………………………………………84系统软件设计……………………………………………………94.2结果分析………………………………………………………105实验结果与分析…………………………………………………106结语………………………………………………………………1111摘要:四轴飞行器具有不
3、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,满足四轴飞行器室内飞行姿态控制的要求。关键词:四轴飞行器;姿态控制;STM32
4、DesignofAttitudeControlSystemforQuadrotorAbstract:Quadrotorisacomplexsystemwithinstability,nonlinearandhighcoupling.Theattitudecontrolsystemisthekeyofquadrotor.Theflighttheoryofquadrotorisanalyzedfirstly.Basedonthemathematicalmodelandflightcontrolrequir
5、ement,theattitudecontrolsystemofquadrotorisproposed.A32bitsmicroprocessorofSTM32seriesisusedasthemainprocessor.TheADIS16355initialmeasurementunitandothersensorsareusedforattitudeinformationdetection.Basedonthemodularizeddesignmethod,allthesensorspossess
6、ofdigitalinterfaces,whicharesimpleandeasytocommunicatewiththemainprocessor.ThePIDcontrolmethodwasusedforattitudecontrolling.Thetestresultsshowthatthequadrotorisflyingstableonthetestbedandthesystemiscapableofindoorattitudecontrolling.Keywords:quadrotor;a
7、ttitudecontrol;STM32110引言四轴飞行器是一种具有4个对称旋翼的直升机,具有垂直起降、结构简单、操纵方便及机动灵活等优点。传感器技术和控制理论的不断发展,尤其是微电子和微机械技术的逐步成熟,使四轴飞行器的自主飞行控制得以实现,并成为国际上的研究热点。很多学者和研究机构通过对四轴飞行器进行动力学和运动学分析,建立了系统的数学模型,提出了各种控制算法,并设计了飞行控制系统进行验证[1采用At.mega128作为主控芯片,使用了气压传感器,红外传感器,三轴加速度计,两轴陀螺,三轴磁力计等
8、传感器。采用Geode1200处理器用于轨迹跟踪、壁障等高级控制,使用DSP30F6014A用于姿态、高度以及位置控制,使用的传感器有3DM-GX1惯性测量模块,SRF10超声波传感器,CCD传感器等。意法半导体公司的STM32系列单片机是标准的32位微处理器,具有高性能、高性价比、外设丰富和低功耗等优点。本文基于STM32F103VB微处理器,采用ADIS166355惯性测量模块等传感器,搭建了四轴飞行器姿态控制系统。1轴飞行器结构与飞行原理四轴飞行器
