姚佳乐，沈宏君，张虹波

(宁夏大学 物理与电子电气工程学院，宁夏 银川 750021)

变桨距四旋翼飞行器控制系统设计*

姚佳乐，沈宏君，张虹波

(宁夏大学 物理与电子电气工程学院，宁夏 银川 750021)

变桨距四旋翼飞行器是通过改变旋翼的桨距大小来改变升力的，这种控制策略可使飞行器姿态的响应和控制的延迟都会小很多，同时可以节省资源和能耗。通过分析对比变桨距与传统的变转速四旋翼飞行器的结构和飞行原理，根据其数学模型和控制要求，设计了变桨距四旋翼飞行器的控制系统。该系统采用STM32F427微处理器作为主控制器，使用MPU6000等惯性测量单元及其他传感器用于检测飞行器的位置、姿态；基于四元数方法进行姿态解算；利用PID控制算法对飞行器姿态、高度进行闭环控制。试飞结果表明，变桨距四旋翼飞行器能够稳定飞行，满足系统要求。

变桨距四旋翼飞行器；四元数；姿态解算；PID

0 引言

传统四旋翼飞行器是一种电动的、能够垂直起降的多旋翼飞行器，与常规的旋翼式直升机相比，其结构更为紧凑，能够产生更大的升力，并且4只旋翼可以相互抵消反扭力矩，不需要专门的反扭矩桨[1]。四旋翼飞行器还拥有体积更小、机动性能更灵活、飞行区域更广泛的特点，尤其是在某些危险区域或环境恶劣的条件下，仍然能正常工作，因此，在军事和民用领域都被作为研究的热点。

传统四旋翼飞行器是通过改变螺旋桨的转速来控制姿态与运动，因此需要四个电机同时工作。……