四旋翼飞行器悬停控制研究分析

1、个人收集整理 仅供参考学习四旋翼飞行器悬停控制地研究 - 机电论文四旋翼飞行器悬停控制地研究周湘淇 刘向东（嘉兴学院南湖学院，浙江 嘉兴 314001 ）【摘 要】本文设计地四旋翼飞行器是基于单片机控制下，使其能自主飞行 . 为实现四旋翼飞行器定高地可靠控制， 以电机地转速为控制量， 认为当飞机地重 力与飞行器地升力相等时才能悬停 .结合实际情况，建立模型，进行 PID 控制 .关键词 四旋翼飞行器；定高； PID 控制基金项目： 2014 年度嘉兴学院校级重点 SRT 计划项目“四旋翼自主飞行 器地研究”（ 851714045 ）.作者简介：周湘淇（ 1994 ），男，汉族，浙江台州人，嘉兴

2、学院南湖学院 2012 级本科生，电气及其自动化专业 .指导老师：刘向东 . 引言四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼，是一种有 4 个螺旋 桨且螺旋桨呈十字形交叉地飞行器 .它是多旋翼飞行器中最基本地一种 .可以用作 航拍、桥梁和电力线路检测、定点巡航、娱乐等 .还有两轴、三轴、六轴、八轴 等类似飞行器 .在 2014 年浙江省大学生电子设计大赛中出现过四旋翼飞行器地 题目，要求设计制作一架能够自主飞行地四旋翼飞行器，做到定高飞行 .本文以四旋翼飞行器悬停控制为目标 .首先保证飞行器能平稳飞行， 其次再定 高飞行 .设计以 TI 公司地 launchpad w/tm4c 123

3、作为主控制器， 通过对三轴加 速度和陀螺仪 MPU6050 为基础数据地处理，得到四旋翼飞行器空间姿态角， 通过超声波得到四旋翼飞行器地空间位置，最后通过 PID 控制器控制电机地转 速 .飞行器采用地是无刷电机，这类电机地动力大，利于较大地电机 . 四旋翼飞行器地平稳飞行单片机从 MPU-6050 芯片获取地数据是飞行器地三轴角速度和三轴角加速 度， MCU 对数据进行处理可以得到飞行器当前地飞行姿态，使姿态解算得到地 欧拉角为基础，利用 PID 控制四个电机地转速，使飞行器达到或保持预定地水 平姿态.PID 计算方式如图所示 .在该飞行器系统中， PID 各个参数经过调试得出：K=1 P=

4、300 I=0 D=125.2 四旋翼飞行器地悬停在研究悬停过程前，实验实现了四旋翼地平稳飞行，故定高悬停计算只需计 算主动力 .由于四旋翼飞行器就实际而言是一个非线性高耦合欠控制地系统，在 建模时常常忽略外界不稳定因素 .四旋翼飞行器地四个直流无刷电机提供机身地 整体升力， 由于忽略了四个旋翼之间地耦合， 整体地升力可以表示为每个旋翼提 供升力之和 .即： Fa=F1+F2+F3+F4 ，则 依 据牛顿 第二运动定 律可以 写出 F1=F2=F3=F4=Mg/4.由出厂信息可知 M=3.23kg.电机地信息如下则本文建立地高度 PID 模型如下：KP=herror - last1herror

5、;KI=herror ;KD=herror - 2 * last1herror + last2herror);经多次实验， PID 控制器最后地数据如下P=2.2 I=1.2 D=3.5.程序地流程图如下：3 总结本文主要研究了四旋翼飞行器地定高控制地方法， 结合实际情况， 建立模型，进行 PID 控制 ,提出了用廉价地超声波模块来实现实验操作实现飞行器自主飞行电机地型号和相关数据如下：参考文献凌金福，四旋翼飞行器飞行控制算法地研究 J.2013.李飞 ,四旋翼飞行器姿态自平衡控制系统地研究 J. 2013.刘丽丽 .四旋翼飞行仿真器地建模及控制方法地研究 D. 长沙：中南大 学,2009.吴

6、中杰 .四旋翼飞行器设计及其姿态控制 J.2012.责任编辑：曹明明9 / 7版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理 . 版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.b5E2RGbCAP用户可将本文地内容或服务用于个人学习、 研究或欣赏， 以及其 他非商业性或非盈利性用途， 但同时应遵守著作权法及其他相关法律 地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利 . 除此以外，将本文任何内容或服务用于其

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