六旋翼无人机控制系统设计与实现

近年来,MEMS技术和计算机技术的进步,极大地促进了多旋翼无人机飞行控制技术的发展。多旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、具备容错潜力、负载能力强等特点,应用前景广阔。本文以六旋翼无人机为研究对象,开发一套功能完善、性能稳定、具有一定容错能力的飞行控制系统。1)设计了六旋翼无人机控制系统硬件平台。分析了国内外几种常见飞行控制系统,结合六旋翼无人机飞行控制系统特点,提出了六旋翼无人机控制系统硬件设计要求和性能指标。依据设计要求和性能指标,对飞行控制系统进行模块划分,完成了系统硬件设计与调试。2)针对六旋翼无人机的运动特性,采用巴特沃斯和切比雪夫低通滤波器对传感器数据进行滤波处理,研究了传感器数据校正方法,设计了互补滤波和扩展卡尔曼滤波姿态解算算法。通过对比实验和飞行测试对姿态解算算法进行了性能验证,为后期六旋翼无人机控制奠定了良好基础。3)建立了六旋翼无人机动力学和运动学模型,并分别采用PID和Integral-Backstepping(IB)算法计了无人机姿态回路和位置回路控制律。通过Matlab验证了两种算法的有效性,并在此基础上对IB控制进行了容错仿真验证。4)设计了六旋翼无人机飞行控制系统软件,并通过大量实际飞行测试,验证了控制系统的基本功能和性能。