周 雷，史丛乐

（辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺113001）

基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计与应用

周 雷，史丛乐

（辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺113001）

针对四旋翼飞行器是由4个控制量输入，6个自由度输出的欠驱动系统，其控制系统的设计尤为关键。本文采用反步法控制策略作为四旋翼飞行器的导航以及控制方法，设计出渐进稳定控制器。结合系统的动力学模型与matlab进行仿真实验。通过仿真实验得到反步法设计的控制系统快速稳定，角度偏差小，在0.3度之内，跟踪性良好。

四旋翼飞行器；反步算法；渐近稳定；导航；仿真

四旋翼飞行器具有4个对称分布的电机，其飞行控制原理简单，通过控制4个电机的转速和方向来实现各种飞行姿态，是一种六自由度的垂直起降机。由于其为4个输入量，6个输出量的欠驱动系统，对控制器的设计要求高。文中采用Backstepping原理进行控制器设计，跟踪性良好，稳定性高。

1 四旋翼飞行器工作原理

图1 飞行器模型结构

四旋翼飞行器在结构上具有十字形，X形和H形3种常见布局形态，本实验采用的为X形，4个电机分别对称的排布在4个顶点，如图1所示。其基本运动姿态包括垂直运动，俯仰运动，翻滚运动，偏航运动，前后运动，侧向运动[1]。

俯仰（翻滚）运动：同时提高（降低）电机2，3的转速，降低（提高）电机1，4的转速。可以实现飞行器俯（仰）姿态。同时改变电机1，2和电机3，4可以实现飞行器的翻滚运动。

偏航运动：当电机1，3和电机2，4的速度不相等时，会由于不平衡的反扭矩引起四旋翼转动，引起飞行器偏航运动