丁嘉俊 马一川 尹恒宇

（南通大学，江苏 南通226019）

0 引言

小型四旋翼飞行器是一种欠驱动强耦合无人飞行装置，其4个旋翼分别由4个微型电动机驱动，且均匀分布在十字交叉结构的顶端，通过控制4个旋翼的转速来调节螺旋桨转速，由旋翼升力的变化实现飞行器的垂直、俯仰、滚转、侧向、前后、偏航等姿态控制，它可自由实现空中悬停和自由移动，具有较大的灵活性与机动性能[1]。由于四旋翼飞行器具有结构简单、机械稳定性好、成本低等特点，被广泛应用于巡检、安防、测绘等各个领域。对于搜救过程而言，通过结合多传感检测、图像采集与处理、人机交互等多个模块，一方面可以提供更广阔的视角和全局信息；另一方面可以定位捕捉到更多的细节，能够为高效的搜救工作提供有力依据。

PID控制是最为经典的控制算法，被广泛应用于多种控制系统，为了克服对环境抗干扰性的不足，诞生了多种PID的延伸算法，例如，模糊PID[2]、神经网络PID[3]、串联PI-PID[4]等。此外，韩京清研究出了自抗扰控制器（ADRC）提高了控制对象对环境扰动的抗性[5]；杨立本等人成功地将此控制算法应用到多旋翼的姿态控制中[6]。

本文综合考虑四旋翼飞行器的特点及搜救方案中的实际因素，设计了一款具有辅助搜救功能的小型四旋翼飞行器。采用STM32单片机作为主控制器，在硬件上搭载三轴陀螺仪、三轴加速度计以及电子罗盘、气压计等多个传感器，利用四元数法对四轴飞行器姿态进行解算，利用超声波、气压计、GPS模块和加速度计进行空间位姿的解算，采用PID-LADRC串级控制算法实现飞行器姿态和位置的控制。……