[发明专利]一种用于四旋翼飞行器的模块式控制方法

说明书

本发明属于无人机控制技术领域，涉及一种用于四旋翼飞行器的模块式控制方法：(1)电源及稳压电路为控制板各模块提供电源，控制板上电后初始化各模块，若接收到校准信号则对陀螺仪清零，否则主控模块接收来自陀螺仪模块的数据并进行Kalman滤波，利用四元数解算出倾角以得到当前飞行器的姿态，应用基于数字PID算法的四旋翼飞行器飞行控制方法，通过选择控制增益使系统实现期望性能，通过上位机软件对四旋翼飞行器的参数进行调整；(2)主控模块根据PID算法输出PWM信号通过MOS管驱动电机工作，同时陀螺仪模块继续检测当前飞行角度反馈给主控模块，无线模块接收来自遥控器的数据并送入主控模块中进行处理以执行相应的动作；该方法设计合理，原理科学。

技术领域：

本发明属于无人机控制技术领域，涉及一种控制方法，特别是一种适用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，其采用模块化结构设计的控制板，具有通用性高、易维护、参数可实时调节等特点。

背景技术：

四旋翼飞行器是一种六自由度垂直起降飞行器，能够完成悬停、低速飞行、垂直起降和室内飞行等固定翼飞机无法完成的任务，也是一种具有四个呈十字形交叉结构螺旋桨的飞行器，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，与传统意义上的直升机相比，其具有结构和控制简单、制造精度要求低、稳定性好、较弱的陀螺效应等优势，因而在无人侦察、交通管理、森林防火、城市巡逻等领域具有广阔应用前景，成为国际上的研究热点。四旋翼飞行器实现稳定飞行与巡航的前提是通过一定方式调节其飞行参数，并对飞行过程中的飞行器进行遥控。飞行参数和遥控指令决定了飞行器的飞行平稳度和飞行方向，因此飞行器的遥控和参数调节方式在飞行器的控制方面格外重要；另外，由于四旋翼飞行器的控制部分由驱动模块、无线通讯模块以及控制模块等多个负责不同功能的模块构成，因此各个模块之间连接与拆卸的方便性也较为重要。

现有技术中的四旋翼飞行器大都存在以下缺点：

(1)结构方面：市面上大部分四旋翼飞行器采用了一体式的结构，这种设计虽然方便量产也符合美观，但是不能满足广大四旋翼专业用户对机体的可模块化拆卸诉求，在遇到电路上某个模块损坏的情况下，往往需要更换整个控制电路或驱动电路，这对于用户来说更换的成本太高，而且也造成了不必要的浪费；

(2)控制芯片方面:市面上绝大多数飞行控制芯片使用的是国外的16位及32位单片机，成本较高的同时使得国内飞行控制芯片市场长期萎靡。因此本发明设计出一种新型的适用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，以国产芯片作为控制芯片，通过模块化结构设计、配备的遥控器和上位机软件进行遥控和参数调节，实现精准的控制。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种用于四旋翼飞行器的模块式控制方法，所涉及的模块式控制板不仅打破了国外芯片在飞行控制板市场的垄断地位，而且易于改装调试方便控制。

为了实现上述目的，本发明涉及的用于四旋翼飞行器的模块式控制方法具体包括以下步骤：

(1)电源及稳压电路为控制板各个模块的正常工作提供合适的电源，控制板上电后初始化各模块并开启中断，此时若接收到校准信号则对陀螺仪进行清零，否则主控模块接收来自陀螺仪模块的数据并进行滤波，利用四元数解算出倾角以得到当前四旋翼飞行器的姿态，应用基于数字PID算法的四旋翼飞行器飞行控制方法(即比例-积分-微分控制)，通过选择控制增益使系统实现期望性能，通过上位机软件对四旋翼飞行器的参数进行调整以获得更好的性能；所述PID算法公式如下所示：