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基于STM32单片机的无人机飞行控制系统设计

胡庆  
【摘要】:本文从工程应用出发,将航模固定翼飞机作为研究平台,在总结国内外微小型无人机飞行控制系统设计的基础上,提出了低成本飞行控制系统设计方案。 首先,提出飞行控制系统总体方案,对硬件系统进行了详细设计。无人机硬件系统总体分为两个部分:机载飞控系统和地面测控系统,其中机载飞控系统以STM32微控制器为核心,集成了数据采集系统、GPS模块、遥控解码模块、舵机驱动模块、数传电台和电源模块;地面测控系统包括测控计算机、数传电台、地面站软件、发射机等。 其次,对无人机捷联导航算法进行了研究。捷联导航算法用于无人机姿态、速度、位置等信息的滤波解算,是解决无人机飞行状态准确测量的关键技术之一。本文设计了基于误差四元数的姿态卡尔曼滤波算法;同时考虑在大机动情况下,刚体加速度的影响,采用组合滤波的方法,提高姿态解算的精度,并进行了仿真验证;通过引入GPS的速度和位置量测信息,分别设计了速度、位置卡尔曼滤波器。 然后,建立了无人机的飞行动力学模型。基于该模型采用PID控制方法对无人机纵向、横侧向控制回路控制律进行设计;同时对无人机的自主飞行进行研究,给出了直线自主飞行和圆周自主飞行制导参数的计算方法,并设计了相应的控制律;之后进行了仿真,验证了所设计的控制律。 最后,展开无人机的试验研究,验证了飞行控制系统硬件与捷联导航算法的可靠性和可行性。


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