本文關(guān)鍵詞：基于Arduino兼容的Stm32單片機(jī)的四旋翼飛行器設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四軸飛行器擁有四個旋翼,屬于多旋翼直升機(jī)。四軸飛行器具有四個成對稱分布的旋翼。它通過控制四個旋翼的旋轉(zhuǎn)速度而非機(jī)械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)各種飛行動作。四軸飛行器具有成本低、機(jī)體結(jié)構(gòu)簡單、沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)、飛行穩(wěn)定性好、重量輕、有利于小型化無人化等特點(diǎn)。因此可以應(yīng)用在人無法到達(dá)的一些復(fù)雜環(huán)境之中。目前四旋翼飛行器等多旋翼飛行器已經(jīng)在很多行業(yè)比如航空拍攝、遙感勘測、實時監(jiān)控、軍事偵察、噴灑農(nóng)藥中得到了廣泛的應(yīng)用,并已經(jīng)形成了相關(guān)產(chǎn)業(yè)。四旋翼飛行器具有非線性控制、控制量多、飛行姿態(tài)控制過程復(fù)雜等特性。本課題基于實現(xiàn)四軸飛行器低成本小型化通用化的思路,通過研究剖析四旋翼飛行器飛行的原理,根據(jù)其數(shù)學(xué)模型和控制系統(tǒng)的功能要求,在MCU上實現(xiàn)了四旋翼飛行器的姿態(tài)數(shù)據(jù)的獲取、飛行姿態(tài)解算以及飛行姿態(tài)控制。本課題硬件上采用stm32系列STM32F103C8T632位處理器作為主控制器負(fù)責(zé)分析處理數(shù)據(jù),根據(jù)姿態(tài)運(yùn)算結(jié)果,輸出電機(jī)控制信號；主要使用慣性測量單元MPU-6050等傳感器模塊用于姿態(tài)信息的檢測；采用場效應(yīng)管驅(qū)動電路來驅(qū)動空心杯電機(jī)；藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)和上位機(jī)進(jìn)行通信以實時采集飛行數(shù)據(jù)便于分析測試。整個軟硬件系統(tǒng)均基于模塊化設(shè)計的思想。各傳感器采集飛行器的傳感器數(shù)據(jù)都使用通用數(shù)字接口和MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。軟件上,編寫飛行姿態(tài)控制軟件,在stm32單片機(jī)上實現(xiàn)了四元數(shù)法和卡爾曼濾波算法,解算出飛行器正確的姿態(tài)角,并使用PID控制進(jìn)行姿態(tài)角的閉環(huán)控制,穩(wěn)定飛行姿態(tài)。實驗結(jié)果表明,本課題設(shè)計的四軸飛行器能夠較好的自主達(dá)到穩(wěn)定飛行狀態(tài),抗擾動能力強(qiáng)。飛行姿態(tài)控制算法完全實現(xiàn)了使四旋翼飛行器能在室內(nèi)平穩(wěn)飛行的控制要求。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 姿態(tài)控制算法 STM32
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V275.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• Directory9-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 選題背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.1 國內(nèi)四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國外四軸飛行器的研究現(xiàn)狀13
• 1.3 四旋翼飛行器主要優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)13-14
• 1.3.1 四旋翼飛行器主要優(yōu)點(diǎn)13-14
• 1.3.2 四軸飛行器的技術(shù)難點(diǎn)14
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容14-15
• 1.5 本文結(jié)構(gòu)安排15-16
• 第二章 四軸飛行器飛行原理、飛行姿態(tài)及濾波算法16-41
• 2.1 四軸飛行器的飛行原理16-20
• 2.2 四軸飛行器姿態(tài)的表示和運(yùn)算20-25
• 2.2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的建立20-22
• 2.2.2 四軸飛行器飛行姿態(tài)的表示和換算22-25
• 2.3 濾波算法以及修正融合25-40
• 2.3.1 卡爾曼濾波28-36
• 2.3.2 互補(bǔ)濾波算法36-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 四軸飛行器的軟硬件系統(tǒng)架構(gòu)41-55
• 3.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖41-42
• 3.2 硬件電路設(shè)計42-52
• 3.2.1 電機(jī)及其驅(qū)動電路42-44
• 3.2.2 控制電路部分及傳感器模塊44-52
• 3.3 系統(tǒng)板實物圖52-53
• 3.4 軟件框圖及思路53-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 飛行姿態(tài)控制算法實現(xiàn)55-75
• 4.1 軟件初始化過程55-57
• 4.2 四元數(shù)法及其姿態(tài)解算的算法實現(xiàn)57-64
• 4.2.1 四元數(shù)運(yùn)算及四元數(shù)轉(zhuǎn)歐拉角算法流程58-60
• 4.2.2 四元數(shù)運(yùn)算流程60-61
• 4.2.3 卡爾曼濾波的算法實現(xiàn)61-64
• 4.3 PID算法、參數(shù)整定及其控制64-70
• 4.3.1 PID算法的原理64-66
• 4.3.2 四軸飛行器的PID調(diào)節(jié)原理66-68
• 4.3.3 四軸飛行器PID參數(shù)的整定68-70
• 4.4 四軸飛行器平飛實測數(shù)據(jù)及分析70-74
• 4.4.1 加速度計數(shù)據(jù)波形及分析71-72
• 4.4.2 陀螺儀數(shù)據(jù)波形及分析72-73
• 4.4.3 卡爾曼濾波融合后實測波形73-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 第五章 總結(jié)與展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于Arduino兼容的Stm32單片機(jī)的四旋翼飛行器設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：333345