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news 2025/7/2 22:06:24

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在现代无人机技术中，多旋翼无人机因其稳定性和操控性而受到广泛应用。STM32微控制器因其强大的处理能力和丰富的外设接口，成为实现多旋翼无人机控制的理想选择。本文将详细介绍如何基于STM32实现多旋翼无人机的控制，包括硬件设计、软件设计和控制算法。

1. 硬件设计

多旋翼无人机的硬件设计包括以下几个关键部分：

微控制器：选择STM32系列微控制器，考虑其处理能力、内存大小、外设接口等因素。
电源电路：设计电源电路，包括电池、稳压器、电源监控等。
传感器集成：集成IMU（惯性测量单元）、气压计、GPS等传感器，并设计合适的接口电路。
电机驱动电路：设计电机驱动电路，确保电机稳定运行。

2. 软件设计

软件设计涉及以下几个方面：

Bootloader：编写Bootloader以支持固件的升级。
传感器驱动：开发传感器的驱动程序，实现数据的采集。
数据处理：实现数据融合算法，如卡尔曼滤波，以提高传感器数据的准确性。
控制算法：实现PID控制算法，用于无人机的姿态控制。
通信协议：实现Mavlink或其他通信协议，用于数据传输。
用户接口：设计遥控器或地面站的接口，用于控制和监控无人机。

3. 控制算法

3.1 姿态控制

使用PID算法控制无人机的俯仰、横滚和偏航。以下是姿态控制的简化代码示例：

// PID控制结构体
typedef struct {float Kp;float Ki;float Kd;float integral;float prev_error;
} PID;// PID控制函数
void PID_Compute(PID *pid, float setpoint, float measured_value) {float error = setpoint - measured_value;pid->integral += error;float derivative = error - pid->prev_error;float output = pid->Kp * error + pid->Ki * pid->integral + pid->Kd * derivative;// 饱和输出if (output > MAX_OUTPUT) output = MAX_OUTPUT;else if (output < -MAX_OUTPUT) output = -MAX_OUTPUT;pid->prev_error = error;// 应用控制输出到电机control_motors(output);
}

3.2 角速度控制

角速度控制是姿态控制的下一个环节，它将姿态控制的输出转换为电机的控制信号。以下是角速度控制的简化代码示例：

void attitudeRatePID(Axis3f *actualRate, attitude_t *desiredRate, control_t *output) {// 角速度环 PIDoutput->roll = pidOutLimit(pidUpdate(&pidRateRoll, desiredRate->roll - actualRate->x));output->pitch = pidOutLimit(pidUpdate(&pidRatePitch, desiredRate->pitch - actualRate->y));output->yaw = pidOutLimit(pidUpdate(&pidRateYaw, desiredRate->yaw - actualRate->z));
}

3.3 姿态控制量和油门值整合

整合姿态控制量和油门值，以控制电机的转速。以下是整合控制的简化代码示例：

void powerControl(control_t *control) {s16 r = control->roll / 2.0f;s16 p = control->pitch / 2.0f;motorPWM.m1 = limitThrust(control->thrust - r - p + control->yaw);motorPWM.m2 = limitThrust(control->thrust - r + p - control->yaw);motorPWM.m3 = limitThrust(control->thrust + r + p + control->yaw);motorPWM.m4 = limitThrust(control->thrust + r - p - control->yaw);if (motorSetEnable) {motorPWM = motorPWMSet;}motorsSetRatio(MOTOR_M1, motorPWM.m1);motorsSetRatio(MOTOR_M2, motorPWM.m2);motorsSetRatio(MOTOR_M3, motorPWM.m3);motorsSetRatio(MOTOR_M4, motorPWM.m4);
}