CN106919179A - 一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法 - Google Patents

一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106919179A
CN106919179A CN201710316890.0A CN201710316890A CN106919179A CN 106919179 A CN106919179 A CN 106919179A CN 201710316890 A CN201710316890 A CN 201710316890A CN 106919179 A CN106919179 A CN 106919179A
Authority
CN
China
Prior art keywords
controller
quadrotor
radio communication
control system
communication device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710316890.0A
Other languages
English (en)
Inventor
胡开明
李跃忠
傅志坚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China Institute of Technology
Original Assignee
East China Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China Institute of Technology filed Critical East China Institute of Technology
Priority to CN201710316890.0A priority Critical patent/CN106919179A/zh
Publication of CN106919179A publication Critical patent/CN106919179A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种四旋翼飞行器控制系统，属于飞行器控制技术领域。目的旨在提供一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法。以期四旋翼飞行器的平稳快速运行，远程监控及提高抗干扰能力带了技术支持。控制系统包括控制器、飞行姿态检测器、无线通信装置、USB通讯串口、上位机，无线通信装置的一端通过USB通讯串口与上位机通讯连接，无线通信装置的另一端连接控制器，控制器还分别连接飞行姿态检测器及四旋翼飞行器电机。控制方法为由飞行姿态检测器检测到四旋翼飞行器的飞行姿态数据，输入控制器，由控制器利用PID控制算法以PWM方式控制四旋翼飞行器电机转动，在四旋翼飞行器飞行过程中，控制器、无线通信装置、上位机之间通迅，实现远程控制。

Description

一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法
技术领域
本发明具体涉及一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法，属于飞行器控制技术领域。
背景技术
姿态控制是四旋翼飞行器飞行控制的基础，现行飞行器在飞行过程中它会受到各种外部环境的干扰，很难获得其准确的性能参数。利用陀螺仪或姿态检测芯片进行物体姿态检测时，会产生累计误差。
中国发明专利CN 102955477 B，公开了一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法，虽然实现了低成本和较高精度的姿态控制，但是并没有解决累积误差的问题。
发明内容
因此，针对现有技术的上述不足，本发明目的旨在提供一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法。以期四旋翼飞行器的平稳快速运行，远程监控及提高抗干扰能力带了技术支持。
具体的，四旋翼飞行器控制系统，包括控制器，所述四旋翼飞行器控制系统还包括飞行姿态检测器、无线通信装置、USB通讯串口、上位机，无线通信装置的一端通过USB通讯串口与上位机通讯连接，无线通信装置的另一端连接控制器，控制器还分别连接飞行姿态检测器及四旋翼飞行器电机。
进一步的，所述飞行姿态检测器包括陀螺仪、加速度计、数字罗盘。
其中，所述加速度计为MPU-6050，所述数字罗盘为HMC5883L。
进一步的，所述控制器为STM32F103C8T32位嵌入式微控制器。
进一步的，所述无线通信装置的两端均为nRF24.L0芯片。
本发明提供的基于上述四旋翼飞行器控制系统实现的四旋翼飞行器控制方法具体为：
由飞行姿态检测器检测到四旋翼飞行器的飞行姿态数据，输入控制器，由控制器利用PID控制算法以PWM方式控制四旋翼飞行器电机转动，在四旋翼飞行器飞行过程中，控制器将飞行姿态数据输送至无线通信装置，无线通信装置通过USB通讯串口与电脑的上位机进行即时通信并将上位机发出的控制信号输送至控制器。
本发明的有益效果在于：
综上所述，本发明提供的四旋翼飞行器控制系统及控制方法，以解决四旋翼飞行器在室内外环境中低速平稳飞行为目标，达到飞行稳定，具备抗扰动能力强，能够实现远程监控技术要求。在分析四旋翼飞行器工作原理的基础上，通过控制器，用飞行姿态检测器对飞行姿态和加速度进行检测，无线通信装置实现无线通信，USB串口上位机进行监控，完成四旋翼飞行器的设计。以惯性测量模块采集实时数据，采用卡尔曼滤波器进行姿态算解，运用PID算法以PWM方式驱动飞行电机。为四旋翼飞行器的平稳快速运行，远程监控及提高抗干扰能力带了技术支持，达到平稳快速运行的效果。
附图说明
图1是本发明四旋翼飞行器控制系统的结构示意图。
图2是控制器利用PID控制算法以PWM方式控制四旋翼飞行器电机的流程图。
附图标记如下：
1-控制器；2-飞行姿态检测器；3-无线通信装置；4-USB通讯串口；
5-上位机；6-四旋翼飞行器电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
如图1所示，本发明的原理为，将飞行器的姿态检测信号传给单片机控制器，以惯性测量模块采集实时数据，采用卡尔曼滤波器进行姿态算解，运用PID算法以PWM方式驱动飞行电机。同时通过USB与上位机相连，由无线通信实现遥控操作，
具体的在本实施例中，四旋翼飞行器控制系统，包括控制器1、飞行姿态检测器2、无线通信装置3、USB通讯串口4、上位机5，无线通信装置3的一端通过USB通讯串口4与上位机5通讯连接，无线通信装置3的另一端连接控制器1，控制器1还分别连接飞行姿态检测器2及四旋翼飞行器电机6。
在本实施例中，飞行姿态检测器2包括陀螺仪、加速度计、数字罗盘。
具体的，加速度计为MPU-6050，数字罗盘为HMC5883L。
在本实施例中，控制器1为STM32F103C8T32位嵌入式微控制器。无线通信装置3采用两个nRF24.L0芯片，都可以接收或发送。
四旋翼飞行器控制方法为：
姿态控制先由飞行姿态检测器2检测到数据，然后输入STM32F103芯片，由芯片经过PID控制算法控制四旋翼飞行器电机6转动。无线通信则是STM32将数据传输给无线通信装置3的一个nRF24.L0芯片，再传输给另一个远程nRF24.L0芯片，通过USB通讯串口4与电脑的上位机5进行即时通信，完成远程控制。
如图2所示，控制器利用PID控制算法以PWM方式控制四旋翼飞行器电机的方法流程具体为，在飞行器飞行过程中获取当前的姿态，通过飞行姿态检测模块采集到当前的姿态，与预期的姿态进行比较得出偏差值，由计算得出的偏差再根据PID整定参数的初始值运算PID算法得出控制量，PID更新输出结果之后，将结果送往微控制器内的定时器输出比较模块以调整PWM输出信号的占空比，从而达到控制电机运动的目的。
经过实测，通过使用本实施例提供的控制系统及控制方法，四旋翼飞行器达到平稳快速运行的效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种四旋翼飞行器控制系统，包括控制器，其特征在于，所述四旋翼飞行器控制系统还包括飞行姿态检测器、无线通信装置、USB通讯串口、上位机，无线通信装置的一端通过USB通讯串口与上位机通讯连接，无线通信装置的另一端连接控制器，控制器还分别连接飞行姿态检测器及四旋翼飞行器电机。
2.如权利要求1所述的四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述飞行姿态检测器包括陀螺仪、加速度计、数字罗盘。
3.如权利要求2所述的四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述加速度计为MPU-6050，所述数字罗盘为HMC5883L。
4.如权利要求1所述的四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述控制器为STM32F103C8T32位嵌入式微控制器。
5.如权利要求1所述的四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述无线通信装置的两端均为nRF24.L0芯片。
6.一种根据权利要求1所述的四旋翼飞行器控制系统实现的四旋翼飞行器控制方法，其特征在于，所述控制方法为：
由飞行姿态检测器检测到四旋翼飞行器的飞行姿态数据，输入控制器，由控制器利用PID控制算法以PWM方式控制四旋翼飞行器电机转动，在四旋翼飞行器飞行过程中，控制器将飞行姿态数据输送至无线通信装置，无线通信装置通过USB通讯串口与电脑的上位机进行即时通信并将上位机发出的控制信号输送至控制器。
CN201710316890.0A 2017-04-28 2017-04-28 一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法 Pending CN106919179A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710316890.0A CN106919179A (zh) 2017-04-28 2017-04-28 一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710316890.0A CN106919179A (zh) 2017-04-28 2017-04-28 一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106919179A true CN106919179A (zh) 2017-07-04

Family

ID=59567962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710316890.0A Pending CN106919179A (zh) 2017-04-28 2017-04-28 一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106919179A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108508915A (zh) * 2018-04-02 2018-09-07 沈阳航空航天大学 一种多旋翼飞行器自动控制系统及其控制方法
CN110070785A (zh) * 2018-01-20 2019-07-30 东华理工大学 一种教学用的直流电机数字pid调速实验箱
CN113093690A (zh) * 2021-03-05 2021-07-09 杭州航天电子技术有限公司 一种姿态控制一体化控制器的检测装置
CN114594675A (zh) * 2022-03-07 2022-06-07 东华理工大学长江学院 一种改进型pid的四旋翼飞行器控制系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104386246A (zh) * 2014-10-20 2015-03-04 浙江工业大学 四旋翼飞行器
CN204515534U (zh) * 2015-02-08 2015-07-29 哈尔滨理工大学 基于stm32控制的微型四旋翼飞行器
CN105549497A (zh) * 2016-02-26 2016-05-04 暨南大学 支持pc控制的多旋翼无人飞行器控制系统
CN105700535A (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 青岛大学 一种用于四旋翼飞行器的模块式控制板
CN105869379A (zh) * 2016-06-20 2016-08-17 南京百邻悦科技服务有限公司 一种组群控制的装置和方法
CN106054911A (zh) * 2016-07-22 2016-10-26 华南理工大学 一种可进行手势识别操作的四轴飞行器与方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104386246A (zh) * 2014-10-20 2015-03-04 浙江工业大学 四旋翼飞行器
CN204515534U (zh) * 2015-02-08 2015-07-29 哈尔滨理工大学 基于stm32控制的微型四旋翼飞行器
CN105700535A (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 青岛大学 一种用于四旋翼飞行器的模块式控制板
CN105549497A (zh) * 2016-02-26 2016-05-04 暨南大学 支持pc控制的多旋翼无人飞行器控制系统
CN105869379A (zh) * 2016-06-20 2016-08-17 南京百邻悦科技服务有限公司 一种组群控制的装置和方法
CN106054911A (zh) * 2016-07-22 2016-10-26 华南理工大学 一种可进行手势识别操作的四轴飞行器与方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110070785A (zh) * 2018-01-20 2019-07-30 东华理工大学 一种教学用的直流电机数字pid调速实验箱
CN108508915A (zh) * 2018-04-02 2018-09-07 沈阳航空航天大学 一种多旋翼飞行器自动控制系统及其控制方法
CN113093690A (zh) * 2021-03-05 2021-07-09 杭州航天电子技术有限公司 一种姿态控制一体化控制器的检测装置
CN114594675A (zh) * 2022-03-07 2022-06-07 东华理工大学长江学院 一种改进型pid的四旋翼飞行器控制系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106919179A (zh) 一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法
CN102426458B (zh) 一种适用于旋翼无人机的地面控制系统
CN204229233U (zh) 一种多旋翼无人机自动飞行控制系统
CN102854887A (zh) 一种无人机航迹规划和远程同步操控方法
CN103324203A (zh) 基于智能手机的无人飞机航电系统
CN104850127B (zh) 一种可动感操控四旋翼飞行器的方法
CN104597912A (zh) 一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统及方法
CN105116909A (zh) 一种手持放飞无人机的方法、装置及无人机
CN106904272A (zh) 一种尾翼可摆动的扑翼机器人飞行控制装置及方法
CN104199460A (zh) 基于图像识别跟踪的四旋翼飞行器智能侦察系统
CN107368087A (zh) 微型四轴飞行器及其控制方法
CN102968123A (zh) 无人机自动驾驶仪
CN205003549U (zh) 一种单旋翼无人机自主飞行控制硬件系统
Çetinsoy et al. Design and development of a tilt-wing UAV
CN102814047A (zh) 双旋翼遥控模型直升机的自主返回系统及控制方法
CN106802661A (zh) 基于双控制器的多旋翼无人机控制系统
CN107505949A (zh) 一种无人机飞行控制方法以及系统
CN205809700U (zh) 基于无人机的空气质量检测系统
WO2016048437A1 (en) Initial rotor state compensation for a rotorcraft
CN105134392B (zh) 小型无人直升机汽油发动机转速控制系统及其控制方法
CN109634297A (zh) 一种基于光流传感器定位导航的多旋翼无人机及控制方法
CN204331470U (zh) 超视距飞行器巡视系统
CN104503426A (zh) 翼伞控制律试验调试平台及调试方法
CN106814743A (zh) 基于dsp的多旋翼无人机驱动控制系统
CN207173952U (zh) 一种基于apm飞控板的旋翼无人机及其控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170704

RJ01 Rejection of invention patent application after publication