文档介绍：小型无人机飞控系统的搭建与研究
Building and Researching on Flight Control
System of Small Unmanned Aerial Vehicle
学科专业：电磁场与微波技术
研 究 生：王 希
指导教师：苏寒松 教授
天津大学电子信息工程学院
2013 年 11 月
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签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日
摘要
近年来，无人机技术的发展非常迅猛，国内外都对无人机的研究非常重视。
小型无人机具有体积小，成本低，使用方便等特点，在治安，消防安全和监控管
道方面都有着不小的作用。
本文在研究无人机飞控系统的动力学建模原理的基础上，使传统 PID 控制理
论与惯性导航系统和全球定位系统相结合，从而使无人机的运行更加稳定，定位
更加精准。设计并实现了以 STM32 系列的微处理器为主控芯片的飞控主板加上
惯性姿态传感器，GPS 接收器和无线数据调制解调器为基本框架的飞控系统。以
前的固定翼型的无人机使用一组 6 正交的红外温度传感器来判断无人机距空中
与地面的距离，虽然采用红外系统能够提供一个无晃动和无方向迷失的强大而绝
对的姿态估计，但是使用惯性姿态传感器测量无人机姿态的方法应用起来更易操
作，测量结果也更加准确。飞控系统的设计采用双向数据链路的模式，下行链路
部分（从无人机到地面）用于捕获无人机的状态信息，以使用户能够进行操作和
监控任务的调度，并能够提供一些有效的负载数据。上行链路部分（从地面到无
人机）用来传送命令，并与有效负载进行交互。针对全球不同地点的磁偏角不同
进行了磁偏校正和惯性姿态传感器的校准，确保测得的无人机的姿态参数准确。
此外，本文还对搭建飞控系统所需的硬件设备进行了详细的介绍，对涉及到
的接口电路也进行了详细的分析。最终的实验结果表明，各个模块均能正常工作，
达到了预期的效果。
关键词：无人机；飞控系统；PID 控制理论；STM32 微处理器；双向数据链路
ABSTRACT
Over the years, UAV technology is