四旋翼微型飞行器控制系统设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com控制技术计Co算mp机ute测r量M与eas控ure制m．en2t00&8．C16(4)ontrol·485·文章编号：1671—4598{2008)04—0485—03中图分类号：V247．1；TP391．8文献标识码：A四旋翼微型飞行器控制系统设计杨明志，王敏。(1．南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016；2．安徽师范大学数学计算机学院，安徽芜湖241000)摘要：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

2、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。关键词：四旋翼微型飞行器；飞行控制系统；单片机；PWMDesign0fFlightControlSystemforaF0ur—rotorMiniRotorcraftYangMingzhi。WangMin0(1．CollegeofAutomatio

3、n&Engineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2．CollegeofMathematicsandComputerScience，AnhuiNormalUniversity，Wuhu241000，China)Abstract：Thefour—rotorminirotorcraftisanunder—actuatedsystem，whichispoweredbyfourmotorsandfliesbyadjustingthespeed

4、ofthemotors．Inordertorealizetheautonomousflightcontrolforthefour—rotorminirotorcraft，thepreliminarydesignofflightcon—trolSystemisproposed．Thehardwareofflightcontrolsystemisdesignedbasedonsingle-chipmicrocontrollerC8051F020．Thekeytech—niquesrelatedtohardwaredesignarediscusse

5、d．Becauseofthepatchpackageandthelowpower—consumptionofthemostelements，thero—torcrafthasthecharacteristicsofthesmallvolume，thelittleweightandthelowDower—consumption．Thetestresultswithindoorsshowthatthehardwaresystemisreliableandcanmeetcontrolrequirementunderthemodelofflight，

6、includingtakingoff，hovering，andlandingandSOOILKeywords：four—rotorminirotorcraft；flightcontrolsystem；single-chipmicrocontrollertPWM0引言1设计和功能由于微型飞行器在军事和民用领域具有广阔的应用前景，1．1控制系统设计近年来，众多的科学家致力于微型飞行器的研究。本文从四旋典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾浆。但也存翼微型飞行器的机型特点和实际需要出发，结合C8051F单片在其他类型的直升机，如双转轴或串列式直升

7、机，同轴直升机机的优越性能，以C8051F020单片机为计算控制单元，设计等。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直了四旋翼微型飞行器飞行控制系统的硬件。该系统体积小、重升机的姿态和位置。而四旋翼微型飞行器与此不同，是通过调量轻、功耗低，且结构简单、价格低廉，并能以此为硬件平节4个电机转速来改变螺旋桨速度，实现升力的变化，从而控台，研究各种复杂控制方法。制飞行器的姿态和位置。四旋翼微型飞行器没有自动倾斜器。C8051F020是Cygnal公司开发的工业级全集成混合信号其整机升力由4个电机提供。由于飞行器是通过改变螺旋桨速片上系统单

8、片机口]，具有与MCS一51内核及指令集兼容的度实现升力变化，这样会导致其动力不稳定，所以需要一种能CIP一51内核(运算速度高达25兆指令／秒)；C8051F02