基于STM32的四轴飞行器控制系统研究与设计

发布时间：2017-09-26 14:12

  本文关键词：基于STM32的四轴飞行器控制系统研究与设计

  更多相关文章： 四轴飞行器 STM32 惯性导航 MPU6050 PID

【摘要】：：四轴飞行器因其结构简单,易于实现,成为目前研究非常广泛的无人机之一。本文介绍了四轴飞行器在国内以及国外的发展状况和发展方向,描述了四轴飞行器的基本运动原理,重点研究了四轴飞行器的核心一飞行控制电路。随着应用设备对微控制器的功耗、速度以及资源等方面的要求不断提高,传统单片机已无法满足很多设备需求。STM32F103系列芯片采用ARM Cortex-M3内核,低功耗、超高速。其中STM32F103V系列芯片有100个引脚,大量的外设资源满足四轴飞行器设计要求。并且,在当前快速发展的MEMS技术下,大量高性能数字IC出现在市场上,使廉价惯性导航系统得以实现。利用惯性导航原理,通过滤波算法来完成四轴飞行器姿态的实时解算。本文采用MPU6050传感器和其他惯性器件,设计了基于STM32的四轴飞行器控制系统,系统包括各传感器硬件模块和电源功能等模块,介绍了硬件电路的设计、软件编程和算法的实现。对算法和各传感器模块进行了研究编写和实际测试。并将测试结果与精确的姿态解算方法进行对比,达到不错的效果。并且对测试中的不足之处,包括硬件和软件问题一并进行修改更新,给出了软硬件改进结果。采用了部分变形的PID控制算法对四轴飞行器进行姿态控制,利用Matlab仿真和实际的参数整定。最后客观评价了研究成果,完成了四轴飞行器飞控系统的设计。
【关键词】：四轴飞行器 STM32 惯性导航 MPU6050 PID
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 研究背景12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.3 课题主要研究内容和章节安排20-21
• 2 四轴飞行器原理和结构设计21-24
• 2.1 飞行原理21-22
• 2.2 四轴飞行器结构设计22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 硬件设计及制作24-34
• 3.1 芯片选型24-25
• 3.2 各模块电路设计及制作25-31
• 3.2.1 最小系统模块及外围接口26-27
• 3.2.2 电源模块27-28
• 3.2.3 姿态测量模块28-29
• 3.2.4 高度测量模块29-30
• 3.2.5 遥控模块30-31
• 3.2.6 PWM输出模块31
• 3.3 电路整体制作31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 软件设计及模块测试34-53
• 4.1 水平姿态测量模块测试34-42
• 4.1.1 坐标变换与四元数34-36
• 4.1.2 姿态解算算法36-42
• 4.2 航向测试42-45
• 4.2.1 传感器驱动和偏航角测量42-43
• 4.2.2 罗差补偿和倾斜补偿43-45
• 4.3 高度测量模块测试45-48
• 4.4 遥控信号模块和PWM输出模块测试48-49
• 4.5 模糊算法降低电池功耗49-51
• 4.6 硬件改进51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 5 四轴飞行器姿态控制方法53-60
• 5.1 PID控制器概述53-54
• 5.2 四轴飞行器姿态控制54-59
• 5.2.1 飞行器姿态变化力学分析54-55
• 5.2.2 PID控制55-59
• 5.3 本章小结59-60
• 6 总结与期望60-61
• 6.1 总结与分析60
• 6.2 期望60-61
• 参考文献61-66
• 作者简历66-67
• 附录1 飞控电路设计图67-68
• 附录2 主要软件代码68-70

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本文编号：923938