基于STM32单片机的无人机飞行控制系统设计

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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。
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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。


. y9 F5 Q+ j! U' ^2 T4 a( E" A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的速度和位置测量信息，分别设计了速度、位置卡尔曼滤波器。
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& M' X, A% E7 X% q然后，建立了无人机的飞机动力学模型。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，并设计看相应的控制律；之后进行了仿真，验证了所设计的控制律。

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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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关键字：无人机，捷联算法，四元数，卡尔曼滤波器，飞行控制

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