四旋翼飞行器悬停控制的研究_周湘淇

1、Science&TechnologyVision项目与课题科技视界科技探索争鸣四旋翼飞行器悬停控制的研究周湘淇刘向东（嘉兴学院南湖学院，浙江嘉兴314001）【摘要】本文设计的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的可靠控制，以电机的转速为控制量，认为当飞机的重力与飞行器的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0引言经多次实验，PID控制器最后的数据如下。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的飞行器。它是多旋翼飞行器中最基本的一种。可以用作航拍、桥梁

2、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的题目，要求设计制作一架能够自主飞行的四旋翼飞行器，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公司的launchpadw/tm4c123作为主控制器，通过对三轴加速度和陀螺仪MPU6050为基础数据的处理，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的空间位置，最后通过PID控制器控制电机的转速。飞行器采用的是无刷电机，这类电机的动力大，利于较大的电机。1四旋翼飞行器的平稳飞行单片机从MPU-605

3、0芯片获取的数据是飞行器的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的飞行姿态，使姿态解算得到的欧拉角为基础，利用PID控制四个电机的转速，使飞行器达到或保持预定的水平姿态。PID计算方式如图1所示。图3图1在该飞行器系统中，PID各个参数经过调试得出：3总结K=1P=300I=0D=125。2四旋翼飞行器的悬停在研究悬停过程前，实验实现了四旋翼的平稳飞行，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的系统，在建模时常常忽略外界不稳定因素。四旋翼飞行器的四个直流无刷电机提供机身的整体升力，由于忽略了四个旋翼之间的耦合，整体的升力可以表示

4、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。电机的信息如下则本文建立的高度PID模型如下：本文主要研究了四旋翼飞行器的定高控制的方法，结合实际情况，建立模型，进行PID控制,提出了用廉价的超声波模块来实现实验操作实现飞行器自主飞行。电机的型号和相关数据如下：表型号电压V测试浆电流A拉力N转速r/min856084458325功率W效率9*4.5U221211.19*4.79*6960990995186200233【参考文献】KP=herror-last1herror;KI=herror;KD=herror-2*last1herror+last2herror);1凌金福，四旋翼飞行器飞行控制算法的研究J.2013.2李飞,四旋翼飞行器姿态自平衡控制系统的研究J.2013.3刘丽丽.四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究D.长沙：中南大学,2009.4吴中杰.四旋翼飞行器设计及其姿态控制J.2012.责任编辑：曹明明图2基金项目：2014年度嘉兴学院校级重点SRT计划项目“四旋翼自主飞行器的研究”（851714045）。作者简介：周湘淇（1994），男，