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传感器与微系统（Transducer andMicrosystemTechnologies）
2017年第36卷第7期
DOI:10. 13873/J. 10009787(2017)07012004
基于ARM的多传感器四旋翼飞行器控制系统设计
王丙，王琪"，张震，高进可？
（1.江苏科技大学张家港校区机电与汽车工程学院，江苏张家港215600； 2.江苏科技大学苏州理工学院机电与动力工程学院，江苏张家港215600）
要：为改变以传统嵌人式处理器的四翼飞行器的控制方式，基于四旋翼飞行器的工作原理和性能特摘
点，提出了一种基于ARMCortex-M7的嵌人式处理器的飞行控制系统的设计和实现方案。阐述了四旋翼进行设计，并进行了模拟仿真运行和实验验证。仿真与实验表明：设计能够保证系统的高稳定性，能满足飞行器起飞、悬停、飞等飞行模态的控制要求。
关键调：ARM；多传感器；四翼飞行器；控制系统硬件电路设计
中图分类号：TP202
文献标识码：B
文章编号：1000-9787(2017)07-0120-04
Designofcontrolsystemformulti-sensorquadrotor
based on ARM*
WANG Bing', WANG Qi', ZHANG Zhen', GAO Jin-ke
(1. School of Mechatronic and Automobile Engineering,Jiangsu University of Science and
Technology at Zhangjiagang,Zhangjiagang 215600,China;
2. School of Mechatronic and Power Engineering,Suzhou Institute of Technology,
Zhangjiagang215600,China）
Abstract: In order to change the conventional control mode of quadrotor with embedded processor,a solution of flight control system is presented based on working principle and performances of quadrotor,design of flight control system based on embedded ARM CortexM7 is proposed. Flight principles and mechanical structures of quadrotors are presented, as well as general scheme of hardware system. On the basis of integration of each function module, hardware circuit design of multi-sensor control system based on ARM CortexM7 is discussed in detail. Simulation operation and experimental verification are carried out, Simulation and experimental results show that high stability of the control system is guaranteed and the requirements of flight modes are satisfied,including aircraft taking off, hovering,flying side and so on.
Key words: ARM; multi-sensor; quadrotor; hardware circuit design of control system
引言 0
近年来，随着传感器技术、数字图像处理技术、信号与系统处理技术的迅速发展，以及各种新材料、新能源的广泛应用，国内的小型飞行器的研究开发工作逐渐升温，许多形成了产业[1.2]。但国内研究方向的重点主要分为3个方面：姿态控制、传感器技术发展以及新材料的应用、电池领域技术的研究"。在控制算法上，卡尔曼滤波算法、神经网络控制算法等得到广泛应用。
四旋翼飞行器具有线性度差、耦合性强等特点，需要通过无刷电调来控制4个无电机实现由4个输人量，6个
自由度的欠驱动系统的平衡控制，同时这也使得飞行器控制系统的设计比较围难(*)。传统的飞行器飞行控制系统采用Cortex-MO，Cortex-M3以及Cortex-M4等微处理器作为主控计算机，存在硬件资源有限，运算和处理速度相对较慢等问题。
本文设计控制系统选用ARMCortex-M7处理器，和传统的控制方式相比，浮点单元（SFPU)精度更高，处理速度极快。本文基于ARMCortex-M7的多传感器硬件控制系统，经过实验调试，四旋翼飞行器的处理速度及控制精度都显著提高。
收稿日期；2016-07-11
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