PID控制及圖像識別的自主循跡四旋翼設(shè)計*

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(天津理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，天津300384)

引 言

四軸飛行器(Quadrotor)是一種多旋翼飛行器又稱四旋翼飛行器、四旋翼直升機，簡稱四軸、四旋翼,四軸飛行器的四個螺旋槳都是電機直連的簡單機構(gòu)，十字形的布局允許飛行器通過改變電機轉(zhuǎn)速獲得旋轉(zhuǎn)機身的力，從而調(diào)整自身姿態(tài)[1]。近年來四軸飛行器得到了穩(wěn)定快速的發(fā)展，目前國際許多知名的四軸飛行器公司也應(yīng)運而生，如大疆創(chuàng)新(DJI)、中國zero(零度)、美國3D Robotics、法國Parrot(派諾特)等公司。飛行控制系統(tǒng)簡稱飛控，是實現(xiàn)四旋翼起飛、降落和姿態(tài)控制的重要核心控制部件，目前市場上有很多成熟的飛控，如大疆、APM、MWC、零度、PIX、匿名等。

本文采用STM32F407微控制器作為四軸飛行控制系統(tǒng)的控制核心，調(diào)制PWM信號控制無刷電機。通過學(xué)習(xí)四旋翼飛行器的飛行控制原理，構(gòu)造算法，然后編程、調(diào)試、不斷完善，最終實現(xiàn)了四旋翼飛行器平臺的平穩(wěn)飛行。本文采用增加一片STM32F407芯片的方式以提高圖像獲取和處理的速度，通過串口通信與飛行控制核心板連接，把由圖像處理獲得的控制量送到飛控板，從而實現(xiàn)循跡控制。通過調(diào)試和改進，飛行器實現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的自主循跡飛行。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由STM32F407飛行控制模塊和STM32F407圖像處理模塊、電機驅(qū)動模塊、US-100超聲測距模、MPU-9150九軸加速度模塊、OV7670攝像頭模塊組成?？刂葡到y(tǒng)硬件組圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)硬件組圖

1.1 飛行控制系統(tǒng)主控芯片

由于STM32F407擁有高達168 MHz的主頻，這使其擁有更強的浮點運算和數(shù)據(jù)處理能力，而且模數(shù)轉(zhuǎn)換、USART 和 SPI 通信速度都具有更快的速度?！?br>