基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计.doc

摘要：随着近年来四旋翼飞行器的发展，并且鉴于小型四旋翼飞行器的广阔的市场和绝佳的发展前景，以及生活中四旋翼飞行器应用的越发普遍性，需要意识到该方向在国内今后的发展的重要性。

本文分多章节来介绍该设计所要做的工作，首先是对飞行器的研究背景做出了简单的概述，然后是对国内外的飞行器的发展史和现如今各种类型的控制算法完善进度做出了阐明。再对四旋翼飞行器的最基本工作原理详细的解释，对本文所使用飞行器的机械部分的构造做出了简要的说明。初步确定飞行器主要模块的选型，核心部分采用STM32 ARM系列单片机Cortex-M3微处理器，以及MPU6050 6轴运动处理组件，并对飞行器的各个单元模块的功能介绍以及各单元模块的电路设计做出讲解。然后是对飞控重要程序的结构框图作出介绍，以及飞控和遥控的部分重要程序的详解。

最后对全部系统调试过程中所遇到困难的解决方法与学习体会，应该注意对PID控制器中比例、积分、微分三项控制的理解，三项控制互相关联，可以分别调节，也可以只采用其中一种或两种控制项。对PID控制器数学模型的建立与解算，将其化作可以在编程的时候使用的表达方式，当我门调整PID时应该遵循几个要点，先调整整定内环，再整定外环，各参数应由小至大查找整定，先比例后积分再微分相加。

关键词：四旋翼飞行器；STM32 ARM；MPU6050 6轴陀螺仪；PID

目录

摘要

ABSTRACT

第1章  绪论-1

1.1本课题研究的背景与意义-1

1.2四旋翼飞行器的发展与国内外研究现状-3

1.3本论文所进行的主要工作-6

第2章  四旋翼飞行器的工作原理与硬件结构-7

2.1四旋翼飞行器的工作原理-7

2.2四旋翼飞行器的硬件结构-10

2.2.1飞行器的硬件部分介绍-10

2.2.2遥控器的硬件部分介绍-12

2.2.3其他硬件部分介绍-12

第3章  四旋翼飞行器的各单元模块设计-13

3.1各单元模块的功能介绍及其电路设计-13

3.1.1 STM32F103最小系统-13

3.1.2电源模块-14

3.1.3下载电路-14

3.1.4电机驱动电路-14

3.1.5串口接口电路-15

3.2特殊模块的功能介绍及电路设计-16

3.2.1飞控通讯模块及电路设计-16

3.2.2飞控姿态模块及电路设计（MPU-6050六轴传感器）-17

3.3本章小结-19

第4章  软件设计框图及主要程序说明-20

4.1软件设计的原理以及软件设计平台-20

4.2飞控重要程序的结构框图-21

4.3飞控部分程序设计及说明-24

4.3.1程序入口Main函数-24

4.3.2设备初始化程序-25

4.3.3 LED扫描部分程序-26

4.3.4外部中断部分程序-28

4.3.5 MPU6050部分程序-29

4.3.6卡尔曼滤波部分程序-29

4.3.7 PID控制部分程序-30

4.4遥控通信部分程序-32

4.5本章小结-33

第5章  四旋翼飞行器控制系统设计与调试-34

5.1 PID控制器介绍-34

5.2 PID控制算法分析与系统框图-35

5.3 PID控制器数学模型及算法定义-35

5.4串级PID系数的整定-36

5.5本章小结-38

第6章  总结-39

6.1回顾-39

6.2展望-39

致  谢-41

参考文献-42

附录A-42

附录B-45