基于PID算法的四旋翼导航系统设计1. 绪论
1.1 四旋翼飞行器的历史背景和发展现状
多旋翼飞行器很早就已出现,一百年前已经有人开始着手设计建造。但由于结构复杂,难以实现稳定控制等原因,一直未能得到长足发展[1]。最初的多旋翼机跟直升机是一样的,采用的燃油动力,这也是当时难以实现稳定控制的重要原因。1921美国空军建造了一架多旋翼载人直升机[2],因为当时的控制技术和控制算法不成熟,进行了100余次试验,最后以失败告终。
图1 美国空军第一架多旋翼机
直到进入本世纪,随着控制算法的不断发展,和微处理器的不断进步,四旋翼系统逐渐成为一种易控,廉价的无人飞行器。并大量的出现在各大新闻头条,网络报道之中。成为科技界的新宠,在今年的猴年春节晚会上,四旋翼飞行器机群,更是大幅走进人们的视野,再次把四旋翼推上风口浪尖。从生活中的小孩的玩具,民用航拍,农用洒药,公共消防救灾,到军事侦察等无处不在它的身影。2011年在北京举行的inemo校园创意大赛中,由清华大学设计的一款四旋翼飞行器荣膺冠军。现在中国深圳的大疆公司,专业进行多旋翼无人机的研发,占领全球70%民用无人机市场,标志着我国在该领域里的骄傲成绩。但是,目前大多数产品都在安全和易用领域做得不太好,本设计针对这方面的问题,避开已经成熟设计部分,进行四旋翼的导航控制系统的研究。
1.2 设计研究的任务
本设计研究对象为四旋翼导航控制系统,能够实现旋翼机稳定、安全和易控的操作[3]。本设计主要解决多旋翼无人机,由于结构灵活而造成的不稳定,不安全,难操控的问题。主要包括硬件设计、飞行控制、组合导航的算法设计,C语言编程设计。硬件设计采用成熟飞控和部分接口、导航控制硬件设计相结合。主要设计任务如下:
(1)飞控算法分析,PID导航控制算法设计;
(2)利用KEIL软件进行C语言设计,完成底层驱动程序的编写和算法的软件实现;
(3)完成硬件搭建设计,烧录C语言代码,对算法程序进行验证,完成最初的功能设计。