一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法与流程

本发明具体涉及一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法，属于飞行器控制技术领域。

背景技术：

姿态控制是四旋翼飞行器飞行控制的基础，现行飞行器在飞行过程中它会受到各种外部环境的干扰，很难获得其准确的性能参数。利用陀螺仪或姿态检测芯片进行物体姿态检测时，会产生累计误差。

中国发明专利cn102955477b，公开了一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法，虽然实现了低成本和较高精度的姿态控制，但是并没有解决累积误差的问题。

技术实现要素：

因此，针对现有技术的上述不足，本发明目的旨在提供一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法。以期四旋翼飞行器的平稳快速运行，远程监控及提高抗干扰能力带了技术支持。

具体的，四旋翼飞行器控制系统，包括控制器，所述四旋翼飞行器控制系统还包括飞行姿态检测器、无线通信装置、usb通讯串口、上位机，无线通信装置的一端通过usb通讯串口与上位机通讯连接，无线通信装置的另一端连接控制器，控制器还分别连接飞行姿态检测器及四旋翼飞行器电机。

进一步的，所述飞行姿态检测器包括陀螺仪、加速度计、数字罗盘。

其中，所述加速度计为mpu-6050，所述数字罗盘为hmc5883l。

进一步的，所述控制器为stm32f103c8t32位嵌入式微控制器。

进一步的，所述无线通信装置的两端均为nrf24.l0芯片。

本发明提供的基于上述四旋翼飞行器控制系统实现的四旋翼飞行器控制方法具体为：

由飞行姿态检测器检测到四旋翼飞行器的飞行姿态数据，输入控制器，由控制器利用pid控制算法以pwm方式控制四旋翼飞行器电机转动，在四旋翼飞行器飞行过程中，控制器将飞行姿态数据输送至无线通信装置，无线通信装置通过usb通讯串口与电脑的上位机进行即时通信并将上位机发出的控制信号输送至控制器。

本发明的有益效果在于：

综上所述，本发明提供的四旋翼飞行器控制系统及控制方法，以解决四旋翼飞行器在室内外环境中低速平稳飞行为目标，达到飞行稳定，具备抗扰动能力强，能够实现远程监控技术要求。在分析四旋翼飞行器工作原理的基础上，通过控制器，用飞行姿态检测器对飞行姿态和加速度进行检测，无线通信装置实现无线通信，usb串口上位机进行监控，完成四旋翼飞行器的设计。以惯性测量模块采集实时数据，采用卡尔曼滤波器进行姿态算解，运用pid算法以pwm方式驱动飞行电机。为四旋翼飞行器的平稳快速运行，远程监控及提高抗干扰能力带了技术支持，达到平稳快速运行的效果。

附图说明

图1是本发明四旋翼飞行器控制系统的结构示意图。

图2是控制器利用pid控制算法以pwm方式控制四旋翼飞行器电机的流程图。

附图标记如下：

1-控制器；2-飞行姿态检测器；3-无线通信装置；4-usb通讯串口；

5-上位机；6-四旋翼飞行器电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

如图1所示，本发明的原理为，将飞行器的姿态检测信号传给单片机控制器，以惯性测量模块采集实时数据，采用卡尔曼滤波器进行姿态算解，运用pid算法以pwm方式驱动飞行电机。同时通过usb与上位机相连，由无线通信实现遥控操作，

具体的在本实施例中，四旋翼飞行器控制系统，包括控制器1、飞行姿态检测器2、无线通信装置3、usb通讯串口4、上位机5，无线通信装置3的一端通过usb通讯串口4与上位机5通讯连接，无线通信装置3的另一端连接控制器1，控制器1还分别连接飞行姿态检测器2及四旋翼飞行器电机6。

在本实施例中，飞行姿态检测器2包括陀螺仪、加速度计、数字罗盘。

具体的，加速度计为mpu-6050，数字罗盘为hmc5883l。

在本实施例中，控制器1为stm32f103c8t32位嵌入式微控制器。无线通信装置3采用两个nrf24.l0芯片，都可以接收或发送。

四旋翼飞行器控制方法为：

姿态控制先由飞行姿态检测器2检测到数据，然后输入stm32f103芯片，由芯片经过pid控制算法控制四旋翼飞行器电机6转动。无线通信则是stm32将数据传输给无线通信装置3的一个nrf24.l0芯片，再传输给另一个远程nrf24.l0芯片，通过usb通讯串口4与电脑的上位机5进行即时通信，完成远程控制。

如图2所示，控制器利用pid控制算法以pwm方式控制四旋翼飞行器电机的方法流程具体为，在飞行器飞行过程中获取当前的姿态，通过飞行姿态检测模块采集到当前的姿态，与预期的姿态进行比较得出偏差值，由计算得出的偏差再根据pid整定参数的初始值运算pid算法得出控制量，pid更新输出结果之后，将结果送往微控制器内的定时器输出比较模块以调整pwm输出信号的占空比，从而达到控制电机运动的目的。

经过实测，通过使用本实施例提供的控制系统及控制方法，四旋翼飞行器达到平稳快速运行的效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种四旋翼飞行器控制系统，属于飞行器控制技术领域。目的旨在提供一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法。以期四旋翼飞行器的平稳快速运行，远程监控及提高抗干扰能力带了技术支持。控制系统包括控制器、飞行姿态检测器、无线通信装置、USB通讯串口、上位机，无线通信装置的一端通过USB通讯串口与上位机通讯连接，无线通信装置的另一端连接控制器，控制器还分别连接飞行姿态检测器及四旋翼飞行器电机。控制方法为由飞行姿态检测器检测到四旋翼飞行器的飞行姿态数据，输入控制器，由控制器利用PID控制算法以PWM方式控制四旋翼飞行器电机转动，在四旋翼飞行器飞行过程中，控制器、无线通信装置、上位机之间通迅，实现远程控制。

技术研发人员：胡开明;李跃忠;傅志坚
受保护的技术使用者：东华理工大学
技术研发日：2017.04.28
技术公布日：2017.07.04