0066]设置波特率 [0067] 设置串口通讯方式
[0068]步骤四：判断串口是否被打开，若串口被打开，则执行步骤五，否则继续执行步骤 四的判断操作，直到串口被打开；
[0069]步骤五:判断用户是否输入指令代码，若用户已经输入指令代码，则执行步骤六， 否则继续执行步骤五的判断操作，直到用户输入指令代码(指令代码如图11所示）；
[0070] 所述指令代码含义为：
[0071] 指令1一一显示目前Kp参数的值
[0072] 指令2--修改Kp参数的值 [0073]指令3-一显示目前Kd参数的值 [0074] 指令4--修改Kd参数的值 [0075]指令5-一开始显示角度波形
[0076] 指令6-一结束
[0077] 步骤六:判断用户输入的命令是否有效，即判断用户输入的命令的格式是否正确； 若命令的格式不正确，则提示用户重新输入命令并转到步骤五，若命令的格式正确则执行 步骤七；
[0078] 步骤七:根据命令修改参数，即接收用户输入的修改PID参数的命令，根据命令判 断用户是要修改哪一个参数，以及将参数修改成用户输入的值，上位机软件将通过串口把 判断得出的信息发送给主控模块1，主控模块1根据判断得出的信息修改PID参数，实现调节 或修改四旋翼飞行器PID参数的目的；可修改的参数包括Kp和Kd:
[0079] Kp为比例调节系数，能加快系统的响应速度，提高系统的调节精度，克服干扰能力 较强，控制及时，过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；
[0080] Kd为微分调节系数，反映微分作用的强弱，能改善系统的动态性能。微分作用能产 生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间;但对噪声干扰有放大作用；
[0081] 步骤八:结束。
[0082] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此;任何 属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应 涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于具体包括W下步骤： (1) 电源及其稳压电路为控制板的各个模块的正常工作提供电源，控制板上电后初始 化各模块并开启中断，此时若接收到校准信号则对巧螺仪进行清零，否则主控模块接收来 自巧螺仪模块的数据并进行滤波，利用四元数解算出倾角W得到当前四旋翼飞行器的姿 态，再应用基于数字PID算法的四旋翼飞行器飞行控制方法，通过选择控制增益使系统实现 期望性能，通过上位机软件对四旋翼飞行器的参数进行调整W获得更好的性能;所述PID算 法公式如下所示：其中Uk为系统产生的总的控制作用；ek为当前系统偏差；ej为系统偏差的过去值；ek- ek-i为当前系统偏差与上次系统偏差之差;Κρ为比例调节系数，能加快系统的响应速度，提 高系统的调节精度，克服干扰能力较强，控制及时、过渡时间短，在过渡过程终了时存在余 差;Ki为积分调节系数，反映积分作用的强弱，积分作用使系统稳定性降低，在过渡过程结 束时无余差;Kd为微分调节系数，反映微分作用的强弱，能改善系统的动态性能，微分作用 能产生超前的控制作用，能够减少超调和调节时间，对噪声干扰有放大作用； (2) 主控模块根据PID算法输出四路PWM信号并通过四个MOS管驱动四个电机工作W调 整四旋翼飞行器姿态，同时巧螺仪模块继续检测当前飞行角度反馈给主控模块W实现四旋 翼飞行器姿态的实时动态调整，无线模块接收来自外部独立配置的遥控器的数据并送入主 控模块中进行处理W执行相应的动作，实现对四旋翼飞行器的控制。2. 根据权利要求1所述的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于采用模块 式控制板实现飞行器的控制，模块式控制板的主体结构包括主控模块、无线模块、巧螺仪模 块、电源及稳压电路、电机及驱动模块，电源及稳压电路分别与主控模块、无线模块、巧螺仪 模块和电机及驱动模块电连接W提供电源，主控模块分别与无线模块、巧螺仪模块和电机 及驱动模块电连接，用于接受并处理来自无线模块和巧螺仪模块的数据信息，无线模块负 责传输控制信息，巧螺仪模块用于检测飞行姿态，电机及驱动模块在主控模块产生的PWM信 号控制下为飞行器提供动力;主控模块与巧螺仪模块之间通过I2C协议进行数据传输通讯， 主控模块与无线模块之间通过SPI协议进行数据传输通讯，W实现对四旋翼飞行器的模块 式控制。3. 根据权利要求2所述的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于所述主控 模块为型号IAP15W4K58S4的8位单片机;主要功能是接收来自巧螺仪模块的角度信息并求 解出四元数W得出当前姿态，并根据控制算法产生四路PWM信号控制电机转速W达到调节 四旋翼飞行器姿态的目的。4. 根据权利要求2所述的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于所述无线 模块为NRF2化01忍片，该忍片是工作在2.4G化-2.5GHz ISM频段的单片无线收发器忍片，功 能是接收来自外部独立配置的遥控器的指令并发送给主控模块;无线模块与主控模块单片 机的 口6.1、口6.2、口6.3、口1.0、口1.1、口4.7引脚相接。5. 根据权利要求2所述的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于所述巧螺 仪模块为MPU6050，MPU6050是六轴运动处理传感器，其集成了 Ξ轴MEMS巧螺仪、Ξ轴MEM巧口 速度计，对巧螺仪和加速度计分别用了 Ξ个16位的ADC，功能是将其测量的模拟量转化为可 输出的数字量，并通过I2C接口与主控模块进行通讯;巧螺仪模块与主控模块单片机的PO. ο 和Ρ4.6引脚相接。6. 根据权利要求2所述的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于所述电源 及稳压电路为3.7V高倍率航模电池和升压降压电路;先将3.7V的电源电压升压到5V然后再 降压到3.3V后W获得供给各个模块的标准工作电压。7. 根据权利要求2所述的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于所述电机 及驱动模块为高速空屯、杯电机和M0S管，采用高速空屯、杯电机为动力装置，采用M0S管为功 率管；电机及驱动模块与主控模块单片机的Ρ2.1、Ρ2.2、Ρ2.3、Ρ3.7引脚相接。8. 根据权利要求1所述的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其特征在于上位机软 件通过USB接口连接模块式控制板，上位机软件包括飞行姿态显示和飞行姿态控制两部分， W分别实现调节或修改四旋翼飞行器PID参数与显示飞行姿态的功能。
【专利摘要】本发明属于无人机控制技术领域，涉及一种用于四旋翼飞行器的模块式控制方法：(1)电源及稳压电路为控制板各模块提供电源，控制板上电后初始化各模块，若接收到校准信号则对陀螺仪清零，否则主控模块接收来自陀螺仪模块的数据并进行Kalman滤波，利用四元数解算出倾角以得到当前飞行器的姿态，应用基于数字PID算法的四旋翼飞行器飞行控制方法，通过选择控制增益使系统实现期望性能，通过上位机软件对四旋翼飞行器的参数进行调整；(2)主控模块根据PID算法输出PWM信号通过MOS管驱动电机工作，同时陀螺仪模块继续检测当前飞行角度反馈给主控模块，无线模块接收来自遥控器的数据并送入主控模块中进行处理以执行相应的动作；该方法设计合理，原理科学。
【IPC分类】G05D1/08, G05B11/42
【公开号】CN105573333
【申请号】CN201610044599
【发明人】高鹏翔, 何春华, 刘秀云, 杨熙鑫, 盖绍婷, 王美兴, 孙琛, 卢宁, 李炜, 张廷鹏
【申请人】青岛大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月22日