一种基于STM32的四旋翼飞行器控制器VIP免费

第38卷第7期2011年7月应用科技AppliedScienceandTechnologyV01．38．№．7Jul．2011doi：10．3969／j．issn．1009-671X．2011．07．08一种基于STM32的四旋翼飞行器控制器郭晓鸿1，杨忠1，杨成顺1，黄宵宁2，黄同高1，张海黎3(1．南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016；2．南京工程学院电力学院，江苏南京211167；3．总参四部驻南京地区军代表室，江苏南京210007)摘要：针对四旋翼飞行器，设计并实现了一种基于STM32的微型飞行控制器．以新型ARMCortex—M3内核微处理器STM32作为计算控制单元，对飞行控制器进行了模块化设计，包括主控、惯性测量、执行驱动等单元模块．给出了系统软件设计流程，研究了一种基于分布式融合滤波器的飞行姿态解算方法，并针对四旋翼飞行器的控制特点设计了控制律．实验表明控制器方案合理有效．关键词：四旋翼飞行器；STM32；飞行器控制器；信息融合；飞行控制中图分类号：V247．1；TP391．8文献标志码：A文章编号：1009-671X(2011)07-0035-06Aflightcontrollerforquad-rotorbasedonSTM32GUOXiaohon91，YANGZhon91，YANGChengshunl，HUANGⅪa觚《，HUAHNGTongga01，ZHANGHaili3(1．CollegeofAutomationEngineering，N肌jingUniversityofAeronauticsandAstronautics，N,mjin9210016，China；2．N明jingInstitu—teofTechnology，N舳jing211167，China；3．N蚰jingAreaDelegacyBureauoftheFourthGeneralStall，N彻jing210007，China)Abstract：Amicroflightcontrollerforquad—rotorbasedonSTM32wasdesignedandimplemented．Thecontrollerworkedwitht}lenew—fashionedARMCortex—M3microprocessorSTM32asitscalculationandcontrolunit．Andthecontrollerwasmodularizedasmainunit，inertialmeasurementunitandactuatorunit．Inthepaper，thesystemsoft．wareflowchart。methodforcalculatingtheflightattitudebasedondistributedfusionfilterwereproposedaswellasthecontrollawinallusiontothepropertyofquad—rotor．111eexperimentsshowthatthedesignoftheflightcontrolleriseffectiveandrational．Keywords：quad—rotor；STM32；flightcontroller；informationfusion；flightcontrol微型四旋翼飞行器是一种具有4个对称分布的旋翼、由电驱动、能垂直起降的飞行器．具有结构简单、稳定性好、承载能力强的特点．针对四旋翼飞行器，设计了一种基于STM32等飞行控制器，其具有体积小、功耗低、硬件和软件资源丰富，开发效率高、成本低等优势．STM32系列处理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式处理器，应用专门设计的ARMCortex．M3低功耗高速内核．STM32丰富的片上资源可满足各类传感器通讯需求．基于STM32的飞行控制器与传统的飞行控制器相比可大大降低系统的开发成本、节约资源．飞行控制器中姿态角解算应用了分布式融合滤波器的思想，该方法在保证精度情况下克服了经典卡尔曼滤波器计算负担大的缺点，具有较大的理论和应用价值．1四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器总体布局形式上属于非共轴式碟形飞行器，与常规旋翼式飞行器相比，其结构更为紧凑，能够产生更大的升力．通过控制4个旋翼的转速可使飞行器实现各种飞行动作．四旋翼飞行器的基本结构如图1所示．四旋翼飞行器的4只旋翼安装于十字形机体的4个顶点位置，分为顺时针旋转(1、3)和逆时针旋转(2、4)2组．当4只旋翼转速相等时，相互间抵消反收稿日期：2011-01一10．基金项目：国家自然科学基金资助项目(60674100)；江苏省高校自然科学基金资助项目(09KJB470002)．作者简介：郭晓鸿(1987·)，女，硕上研究生，主要研究方向：控制理论与控制工程，E-mail：guoxiaohon906@yahoo．conl．on．万方数据应用科技第38卷扭力矩；同时增加或减小4只旋翼的转速可实现上升或下降运动；当l号与3号旋翼转速增加(减小)，2号和4号转速不变，飞行器实现偏航．当1号和3号旋翼转速固定，2号旋翼转速增加(减小)，4号旋翼转速减小(增加)，飞行器实现向左(向右)飞行当2号和4号旋翼转速固定，1号旋翼转速增加(减小)，3号旋翼转速减小(增加)，飞行器实现后退(前进)飞行”图1四旋翼飞行器结构示...