基于单片机地微型四旋翼飞行器设计.doc

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1、烟台大学毕业论文（设计）[摘要]本文对微型四旋翼飞行器自平衡算法进行研究，详细分析了应用互补滤波器，进行信号处理的思路和参数整定过程，应用滤波后的数据，进行飞行器姿态角度融合，解算出飞行器实时的俯仰角、翻滚角、偏航角。在解算出飞行姿态角度的基础上应用PID算法控制四旋翼飞行器进行自平衡悬停及相关的运动姿态控制。硬件上，采用STM32F103作为微控制器，以MPU6050作为四旋翼飞行器姿态传感器件，通过AO3402MOS管驱动四个空心杯电机改变飞行器姿态，设计结果是能准确测量飞行器姿态并将测量角度输出给相应坐标的电机，进行姿态调整。本文将从

2、硬件、软件初始化、控制算法及调试等几个篇幅详细展示整个微型四旋翼飞行器的制作过程。[关键词]微型四旋翼飞行器；互补滤波算法；PD控制算法；STM32F103;自平衡烟台大学毕业论文（设计）Abstract:ThispaperisaresearchaboutalgorithmofQuadrotorMicro-aircraftSelf-balancing.ItwilldetailedanalysistheideaaboutusingComplementaryfilterdealwiththedigitalsignalsandhowtosetth

3、eparamerers.UsingthedataafterfilteringforfusingofQuadrotorattitudeAngleandcalculatingtheQuadrotorMicro-aircraftPitchangle,RollangleandYawangle.Onthebasisofflying-AngleusingPIDalgorithmcontrollingQuadrotorMicro-aircraftachievestheself-balancinghoveringandrelatingmotioncontr

4、ol.HardwareusesSTM32F103asmicrocontroller,withMPU6050asattitudesensorofQuadrotorMicro-aircraft,throughAO3402MOStubedrivingfourhollowcupmotortochangethespacecraftattitude.ThedesignresultcanaccuratelymeasurespacecraftattitudeandoutputthemeasuringAngletothecorrespondingcoordi

5、natesofthemotorandrealizetheattitudeadjustment.ThisarticlewillshowthewholeproductionprocessoftheQuadrotorMicro-aircraftindetailfromthehardware,software,theinitialization,controlalgorithm,debugandsoon.Keywords:Microfourrotoraircraft;Complementaryfilter;PDcontrolalgorithm;ST

6、M32F103;Self-balancing烟台大学毕业论文（设计）目录1绪论11.1本课题的研究意义及必要性11.2相关领域国内外研究现状及发展趋势11.3论文篇幅简介32四旋翼飞行器系统分析42.1系统基本原理42.2系统功能要求52.3系统可行性分析53四旋翼飞行器总体设计73.1功能模块划分73.2系统模块设计图73.3系统流程图83.4开发工具和开发框架介绍83.4.1AltiumDesigner6.9介绍83.4.2KeilforARM介绍93.4.3Serial_Digital_ScopeV2介绍94四旋翼飞行器详细方案设计1

7、04.1硬件模块的功能及设计104.1.1最小系统板STM32F103模块104.1.2低压差电源模块114.1.3倾角传感器模块114.1.4空心杯电机驱动模块124.1.5NRF24L01无线模块124.2驱动程序功能及设计134.2.1最小系统板初始化134.2.2MPU6050初始化134.2.3NRF24L01初始化134.2.4空心杯电机驱动初始化145四旋翼飞行器控制算法实现165.1角度及角速度数据处理算法165.1.1互补滤波器可行性分析165.1.2互补滤波器算法软件实现175.2姿态控制算法175.2.1PID控制算法

8、可行性分析175.2.2PID控制算法软件实现185.2.3多维度控制量输出融合算法19烟台大学毕业论文（设计）6四旋翼飞行器综合调试206.1基本功能实现206.1.1姿态角度