本文關鍵詞：基于STM32的四軸飛行器控制系統(tǒng)研究與設計

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【摘要】：：四軸飛行器因其結構簡單,易于實現,成為目前研究非常廣泛的無人機之一。本文介紹了四軸飛行器在國內以及國外的發(fā)展狀況和發(fā)展方向,描述了四軸飛行器的基本運動原理,重點研究了四軸飛行器的核心一飛行控制電路。隨著應用設備對微控制器的功耗、速度以及資源等方面的要求不斷提高,傳統(tǒng)單片機已無法滿足很多設備需求。STM32F103系列芯片采用ARM Cortex-M3內核,低功耗、超高速。其中STM32F103V系列芯片有100個引腳,大量的外設資源滿足四軸飛行器設計要求。并且,在當前快速發(fā)展的MEMS技術下,大量高性能數字IC出現在市場上,使廉價慣性導航系統(tǒng)得以實現。利用慣性導航原理,通過濾波算法來完成四軸飛行器姿態(tài)的實時解算。本文采用MPU6050傳感器和其他慣性器件,設計了基于STM32的四軸飛行器控制系統(tǒng),系統(tǒng)包括各傳感器硬件模塊和電源功能等模塊,介紹了硬件電路的設計、軟件編程和算法的實現。對算法和各傳感器模塊進行了研究編寫和實際測試。并將測試結果與精確的姿態(tài)解算方法進行對比,達到不錯的效果。并且對測試中的不足之處,包括硬件和軟件問題一并進行修改更新,給出了軟硬件改進結果。采用了部分變形的PID控制算法對四軸飛行器進行姿態(tài)控制,利用Matlab仿真和實際的參數整定。最后客觀評價了研究成果,完成了四軸飛行器飛控系統(tǒng)的設計。
【關鍵詞】：四軸飛行器 STM32 慣性導航 MPU6050 PID
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-21
• 1.1 研究背景12
• 1.2 國內外研究現狀12-20
• 1.3 課題主要研究內容和章節(jié)安排20-21
• 2 四軸飛行器原理和結構設計21-24
• 2.1 飛行原理21-22
• 2.2 四軸飛行器結構設計22-23
• 2.3 本章小結23-24
• 3 硬件設計及制作24-34
• 3.1 芯片選型24-25
• 3.2 各模塊電路設計及制作25-31
• 3.2.1 最小系統(tǒng)模塊及外圍接口26-27
• 3.2.2 電源模塊27-28
• 3.2.3 姿態(tài)測量模塊28-29
• 3.2.4 高度測量模塊29-30
• 3.2.5 遙控模塊30-31
• 3.2.6 PWM輸出模塊31
• 3.3 電路整體制作31-33
• 3.4 本章小結33-34
• 4 軟件設計及模塊測試34-53
• 4.1 水平姿態(tài)測量模塊測試34-42
• 4.1.1 坐標變換與四元數34-36
• 4.1.2 姿態(tài)解算算法36-42
• 4.2 航向測試42-45
• 4.2.1 傳感器驅動和偏航角測量42-43
• 4.2.2 羅差補償和傾斜補償43-45
• 4.3 高度測量模塊測試45-48
• 4.4 遙控信號模塊和PWM輸出模塊測試48-49
• 4.5 模糊算法降低電池功耗49-51
• 4.6 硬件改進51-52
• 4.7 本章小結52-53
• 5 四軸飛行器姿態(tài)控制方法53-60
• 5.1 PID控制器概述53-54
• 5.2 四軸飛行器姿態(tài)控制54-59
• 5.2.1 飛行器姿態(tài)變化力學分析54-55
• 5.2.2 PID控制55-59
• 5.3 本章小結59-60
• 6 總結與期望60-61
• 6.1 總結與分析60
• 6.2 期望60-61
• 參考文獻61-66
• 作者簡歷66-67
• 附錄1 飛控電路設計圖67-68
• 附錄2 主要軟件代碼68-70

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