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2014NO.16科技创新导报

工业技术ScienceandTechnologyInnovationHerald

四旋翼无人机自主飞行控制的设计和应用

彭尘雨

(江苏省南京工程学院江苏南京211167)

摘要：旋翼无人机目前广泛应用于各个领域，应用价值较高，不过自主飞行控制设计难度较大。该文对四旋翼无人机自主分型控制设计中的

重难点进行了分析，并选择整体结构设计、力学模型建立和系留试验三个程序简要分析了飞行控制的设计与应用。

关键词：翼无人机飞行控制系留试验

中图分类号:V249文献标识码：Ａ文章编号：1674-098X(2014)06(a)-0073-01

四旋翼无人飞行器是目前广泛应用于控制模块、飞行控制模块和传感器模块等构控制量较多的问题。飞行姿态与位置的控制

侦查、监视、通信、搜救、巡逻、航拍等领域成。依靠四个无刷直流电机转速改变实现，这种

的重要器具，拥有多重优势和广阔应用前从系统结构框架来看，传感器模块是欠驱动系统通过变化输入力达到控制六自由

景，目前无论是军用还是民用都有较高价重要构成部分，负责飞行参数的测量，具体度运动，实现准静态和静态条件下飞行，输

值。这种飞行器以十字形交叉结构确保稳包括罗盘、陀螺仪、高速与速度传感器等。入力的稳定需要依靠控制算法实现[3]。

定性、平衡性，实现精确飞行，具有强耦合、四电机控制模块通过控制电机转速、无刷整体结构设计、硬件软件设计完成，飞

多变量、欠驱动、非线性等复杂特征，所以直流电机等控制飞行状态，促使其达到预行平台建立为下一步建立力学模型提供基

自主飞行控制设计难度较大，广泛涉及空气期姿态和位置。飞行控制模块作为核心部础依据。

动力学、材料工程和自主飞行控制等多个领分，对采集姿态信息和数据完成复杂运算2.2力学模型的建立

域。下面我们对四旋翼无人机自主飞行的控处理从而发送合理控制指令，转化为控制无人机自主飞行控制的实现需要建立

制设计和应用做简要分析。信号驱动四电机工作，保持飞行稳定性。通力学模型，力学模型中可使用惯性坐标系、

信模块通过遥控设备与地面建立控制，控机体坐标系完成无人机运动中坐标系的转

1四旋翼无人机飞行控制设计重点制飞行器的运动，保持稳定飞行时的实时换，确定各次基本旋转所对应的变换矩阵。

四旋翼无人飞行机主要是通过控制其受控。电源模型主要为飞行提供电力。四旋力学模型的建立要考虑升力大小、飞行器重

四个旋翼达到飞行控制的目的，控制设计的翼无人机的飞行还要严格遵照规划设计指力、空气动力之间的变化关系来确定飞行姿

关键集中在飞行控制和导航两个问题上。标，控制体积、有效载荷、飞行半径及航向态与位置的控制。尤其是动力学模型，要根

在控制设计中，重点主要为精确建模、姿态、俯仰姿态、横滚姿态的精度与误差控据物理定律建立模型，考虑影响运动的关

欠驱动系统的控制和平衡控制。由于四旋制，这些都涉及到飞行器的设计，还必须兼键受力和力矩，利用推导传递函数归类控制

翼模型本身具有不确定性，在飞行中易受多顾性价比。飞行器的稳定性是重要指标，所量，对四个飞行控制量升降、横滚、俯仰、偏

种因素影响干扰平衡控制，比如地球重力、以减震措施必不可少，通过控制输出波动航产生力的作用实现各种运动。可根据设计

空气阻力等因素都会干扰气动性能参数的