基于STM32的四旋翼飛行器控制系統設計與應用

周 雷，史叢樂

（遼寧石油化工大學 信息與控制工程學院，遼寧 撫順113001）

基于STM32的四旋翼飛行器控制系統設計與應用

周 雷，史叢樂

（遼寧石油化工大學 信息與控制工程學院，遼寧 撫順113001）

針對四旋翼飛行器是由4個控制量輸入，6個自由度輸出的欠驅動系統，其控制系統的設計尤為關鍵。本文采用反步法控制策略作為四旋翼飛行器的導航以及控制方法，設計出漸進穩定控制器。結合系統的動力學模型與matlab進行仿真實驗。通過仿真實驗得到反步法設計的控制系統快速穩定，角度偏差小，在0.3度之內，跟蹤性良好。

四旋翼飛行器；反步算法；漸近穩定；導航；仿真

四旋翼飛行器具有4個對稱分布的電機，其飛行控制原理簡單，通過控制4個電機的轉速和方向來實現各種飛行姿態，是一種六自由度的垂直起降機。由于其為4個輸入量，6個輸出量的欠驅動系統，對控制器的設計要求高。文中采用Backstepping原理進行控制器設計，跟蹤性良好，穩定性高。

1 四旋翼飛行器工作原理

圖1 飛行器模型結構

四旋翼飛行器在結構上具有十字形，X形和H形3種常見布局形態，本實驗采用的為X形，4個電機分別對稱的排布在4個頂點，如圖1所示。其基本運動姿態包括垂直運動，俯仰運動，翻滾運動，偏航運動，前后運動，側向運動[1]。

俯仰（翻滾）運動：同時提高（降低）電機2，3的轉速，降低（提高）電機1，4的轉速。可以實現飛行器俯（仰）姿態。同時改變電機1，2和電機3，4可以實現飛行器的翻滾運動。

偏航運動：當電機1，3和電機2，4的速度不相等時，會由于不平衡的反扭矩引起四旋翼轉動，引起飛行器偏航運動