[发明专利]一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了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。本发明的四旋翼飞行器控制系统包括控制器、传感器和电源，所述控制器和传感器分别设置在四旋翼飞行器桨叶的十字交叉处，传感器与控制器相连接，电源包括电池和四个电子调速器，电池设置在四旋翼飞行器桨叶的十字交叉处，四个电子调速器分别设置在四个桨叶上，电子调速器分别通过PWM与控制器相连接。该发明的四旋翼飞行器控制系统能够实现四旋翼飞行器的平稳起飞和降落以及正常工作，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，具体提供一种四旋翼飞行器控制系统及控制方法。

背景技术

四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机，是由四个带桨叶电机驱动并形成十字交叉结构的一种飞行器。近年来，飞行器呈井喷式发展，在军事领域和民用领域上发挥着巨大的作用，并蕴藏着相当大的发展潜力，其中四旋翼飞行器有着结构简单、灵活控制、垂直起降、低速巡航、定点悬停等独特的飞行特点，相对于其他无人飞行器，在低空复杂环境的适应能力和问题处理上表现出显著的优势。但是，四旋翼飞行器在飞行过程中受空气等的影响，四旋翼飞行器的平稳起飞和降落存在一定的局限性，在保证四旋翼飞行器的正常飞行方面有待进一改进。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种能够实现四旋翼飞行器的平稳起飞和降落以及正常工作的四旋翼飞行器控制系统。

本发明进一步的技术任务是提供一种四旋翼飞行器控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种四旋翼飞行器控制系统，包括控制器、传感器和电源，所述控制器和传感器分别设置在四旋翼飞行器桨叶的十字交叉处，传感器与控制器相连接，电源包括电池和四个电子调速器，电池设置在四旋翼飞行器桨叶的十字交叉处，四个电子调速器分别设置在四个桨叶上，电子调速器分别通过PWM与控制器相通信。

所述四旋翼飞行器由四个带桨叶电机驱动并形成十字交叉结构，控制器和传感器分别设置在四旋翼飞行器桨叶的十字交叉处，所述电机为无刷电机。本发明中选用新西达2212KV2200无刷电机搭配5043桨叶，单电机满载电流可达21.1A。当飞行器满载时电流应在80A以上。选用狮子3S11.1V 2200mAh电池搭配电子调速器作为电源。

工作过程中，以传感器获取飞行器的姿态信息，经过递推滤波算法得到飞行器的可靠的姿态数据，通过四元数融合算法进行姿势解算，获取飞行器姿态角，然后借助PID控制算，尽量减少飞行器飞行过程中的不可预知误差，最后以PWM波的形式控制无刷直流电机，以实现飞行器的自平稳控制。其中，所述递推滤波算法和四元数融合算法为现有技术中常见的算法。PID控制是比例、积分、微分控制。

作为优选，所述控制器为MSP430F149单片机。

作为优选，所述传感器为MPU6050。

MPU6050传感器由InvenSense公司推出，整合了三轴加速度传感器和三轴角速度传感器。

作为优选，所述传感器通过I2C总线与控制器相连接。

一种四旋翼飞行器控制方法，所述控制方法以传感器获取飞行器的姿态信息，经过递推滤波算法得到姿态数据，通过四元数融合算法进行姿势解锁获取飞行器姿态角，利用PID控制算法得出飞行器飞行控制规律，以PWM波的形式控制电子调速器，控制器输出高低电平控制整个系统。

作为优选，所述控制方法具体包括以下步骤：

S1：控制器系统初始化；

S2：控制器初始化时钟；

S3：控制器允许外部中断；

S4：判断延迟时间是否为20ms，若是执行步骤S5，否则继续执行本步骤；