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1、计算机测量与控制.2011.19(3)控制技术ComputerMeasurement&Control583文章编号:16714598(2011)03058303中图分类号:TP249文献标识码:A四轴飞行器姿态控制系统设计刘峰,吕强,王国胜,王东来(装甲兵工程学院控制工程系,北京100072)摘要: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
2、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。关键词:四轴飞行器;姿态控制;STM32DesignofAttitudeControlSystemforQuadrotorLiuFeng,LvQiang,WangGuosheng,WangD
3、onglai(DepartmentofControlEngineering,AcademyofArmoredForceEngineering,Beijing100072,China)Abstract:Quadrotorisacomplexsystemwithinstability,nonlinearandhighcoupling.Theattitudecontrolsystemisthekeyofquadrotor.Theflighttheoryofquadrotorisanalyzedfirst
4、ly.Basedonthemathematicalmodelandflightcontrolrequirement,theattitudecontrolsystemofquadrotorisproposed.A32bitsmicroprocessorofSTM32seriesisusedasthemainprocessor.TheADIS16355initialmeasurementunitandothersensorsareusedforattitudeinformationdetection.B
5、asedonthemodularizeddesignmethod,allthesensorspossessofdigitalinterfaces,whicharesimpleandeasytocommunicatewiththemainprocessor.ThePIDcontrolmethodwasusedforattitudecontrolling.Thetestresultsshowthatthequadrotorisflyingstableonthetestbedandthesystemisc
6、apableofindoorattitudecontrolling.Keywords:quadrotor;attitudecontrol;STM320引言称十字架结构的4个顶点,分为前后和左右两组。两组旋翼的旋转方向相反,可以抵消反扭力矩。其螺旋桨具有固定浆距,四轴飞行器是一种具有4个对称旋翼的直升机,具有垂直飞行过程中只需改变四个旋翼的转速即可实现各种复杂运动。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
7、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[14]法,并设计了飞行控制系统进行验证。文献[2]采用Atmega128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,三轴磁力计等传感器。文献[3]采图1X500-D四旋翼飞行器用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,使用的传感器四轴飞行器的飞行原理如图2所示,当4个旋翼的转速
8、有3DM-GX1惯性测量模块,SRF10超声波传感器,CCD传相等且所产生的升力之和等于直升机自身重力时,直升机处于感器等。悬停状态;在悬停的基础上,直升机的任意一组旋翼转速等量意法半导体公司的STM32系列单片机是标准的32位微处增大或减小而另一组旋翼转速不变时,直升机将产生偏航运理器,具有高性能、高性价比、外设丰富和低功耗等优点。本动;同时等量增大或减小4个旋翼转速时,直升机将向上或向文基于STM32F103VB微处理器,采用ADIS166355惯性
