基于Arduino 的四旋翼飛行器控制系統設計

萬云霞，許倫豹，胡 龍，吳佳鑫，王言章

(吉林大學a.地球信息探測儀器教育部重點實驗室;b.儀器科學與電氣工程學院，長春130026)

基于Arduino 的四旋翼飛行器控制系統設計

萬云霞a，b，許倫豹b，胡 龍b，吳佳鑫b，王言章a，b

(吉林大學a.地球信息探測儀器教育部重點實驗室;b.儀器科學與電氣工程學院，長春130026)

為改善濾波效果，針對四旋翼飛行器濾波算法計算量大的問題，采用基于 Kalman與 DMP (Digital Motion Processing)濾波相結合的姿態數據處理算法及 PID(Proportion-Integration-Differentiation)姿態控制算法，設計了四旋翼飛行器控制系統。系統硬件由Arduino控制板及四旋翼飛行器平臺組成，在此平臺基礎上建立了飛行器動力學模型并對Kalman濾波器及PID控制器參數進行調試。實際飛行結果表明，該系統能對飛行姿態的偏移進行快速調整，調整靈敏度和穩態時間得到明顯改善，有效地完成對四旋翼飛行器的穩定控制。

四旋翼飛行器;Kalman濾波;DMP濾波;PID控制器;姿態控制

0 引 言

四旋翼飛行器是由4個轉子推動飛行的直升機，其方向和速度的控制是通過改變每個轉子的相對速度實現的。從Breguet-Richet發明世界上第1架四旋翼飛行器至今，四旋翼飛行器發展了一個多世紀，但由于結構和操作技術的限制，大型四旋翼飛行器卻沒有得到快速發展。近年來隨著飛行控制理論、微慣導(MIMU:Micro Inertial Measurement Unit)、微機電(MEMS:Micro Electro Mechanical System)以及新型材料等技術的進步，微小型四旋翼飛行器的發展愈發迅速［1］。針對四旋翼的姿態數據處理及控制問題出現了許多濾波算法和控制理論算法，例如高斯濾波，互補濾波，卡爾曼濾波等。……