文 献 综 述

1. 前言

四旋翼遥控飞机适合在近地面环境中执行监视侦查等任务，具有广阔

的军事和民用前景。它所具有的新颖外形，较低的成本，卓越的性能对广大科研人员有

强大的吸引力^[12]。四旋翼遥控飞机具有独特的飞行控制方式，四旋翼遥控飞机在军事和民用领域都有广阔的应用前景，极具研究价值。

2. 研究现状

四旋翼遥控飞机属于四旋翼飞行器的一种，目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都 都属于微小型飞行器，一般可分为3类：遥控航模四旋翼飞行器，小型四旋翼飞行器以 四 及微型四旋翼飞行器。随着相关研究进一步深入，预计在不久的将来，四旋翼飞机技术会 将逐步走向成熟与实用^[14]。四旋翼遥控飞机用到了PID算法。PID控制器具有结构简单，容 易实现，控制效果好，鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。它所涉及的参数 物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而得到了广泛的应用。从实际 际需要出发，一种好的PID控制器参数整定方法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以 使系统处于最佳运行状态。自1992年哈格隆德提出预测PID控制器思想以来，预测PID算 算法得到了逐步发展和完善，并成功应用在一些复杂对象的控制上^[15]。

3. 原理及实现

在四旋翼遥控飞机飞行过程中，通过改变其中某个电机的转速，即可改变桥臂相对

于水平线的角度，由于力的分解，产生前进或后退的力，从而改变飞机飞行方向及姿态，

这就是研究电机调速的意义。为了实现调速功能，最好利用PWM脉冲信号来实现调速。

首先， 如果直接加上直流电压，由于MOS管内阻大约0.7欧姆左右，MOS管会烧掉。

其次，PWM脉冲信号是一个方波信号，电源接通的时间很短，因此不会烧掉MOS管。

每个电机在MOS管的栅极接上三相独立的PWM脉冲，四个电机分别接上共12个相互

独立的PWM脉冲，以实现对四个电机的单独调速。用一个一定的频率来接通和断开电

源，使得直流电源以交流的形式加在电机上，根据需要改变PWM脉冲的占空比，从而

改变一个周期内的平均电压，改变电机的速度。

TMS320F28335芯片中的事件管理器模块有一种捕获单元CAP，每个捕获单元都有一 一个捕获中断，当电机检测到过零点的时候，进入捕获中断，启动中断程序，执行设定

的换相语句，完成换相操作，这样，流过绕组的电流会在磁场中对绕组有力的作用，再

通过反作用力，可以维持电机转子的转动^[5]。

PID控制器主要有3个部分：比例单元（p），积分单元（I），微分单元（D)。PID

控制器的输入一般是所想达到的期望值与实际应用时的值作差得到的误差，将误差的比

例，积分，微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，经过PID控制器后 ，

误差会减小，得到较好的输出^[2]。在运用到电机调速中时，应将从电子陀螺仪处得到的姿

态信息作为PID控制器的输入，经过PID算法得到输出，作为PWM波形占空比应该改

变的量。

图1. PID控制器简易示意图

4. 工具和开发平台

#129; CCS软件。

#8218; C语言。

参考文献：

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1. 拟研究或解决的问题

本课题解决的问题是：

(1)实现一个CPU对四个电机进行调速，进行任务分配；

(2)根据电子陀螺仪传来的姿态信息作为PID算法的输入，用PID算法计算出输出，即PWM波形占空比需要改变的量，从而进行调速，PID算法用C语言编程实现。

2. 拟采用的研究手段

(1)C语言编程实现PID算法；

(2)理解PID算法：何时使用微分算法，何时使用积分算法，何时使用比例算法；

(3)学习无刷无感直流电机的工作原理；

(4)学习DSP28335芯片的PWM波形产生和改变原理。