基于TM4C123G的灭火飞行器设计与控制系统实现

本研究论文介绍了一款创新的灭火飞行器系统，该系统的核心是采用TivaC系列TM4C123G型号的单片机作为控制单元，这是一款具有高性能的ARM Cortex-M4内核，带有FPU的MCU，提供丰富的外设和较高的计算能力，满足实时处理大量传感器数据的需求。系统的关键组成部分包括激光测距模块、光流模块和UWB定位模块，这些传感器共同构成姿态采集模块，用于实时获取飞行器的位置和状态信息。 飞行器配备了两个OpenMV摄像头，分别负责对地和对空视觉监控，通过MCU解析姿态信息和图像数据，采用串级PID算法进行姿态控制，调整电机驱动器的输出，实现飞行器的起飞、悬停、定高巡航、寻找光源灭火、定向穿越以及定点降落等功能。串级PID的优势在于无需精确模型，能有效减少过冲和振荡，但其对外部干扰的适应性较差，可能需要通过积分补偿来解决。 在定位方案上，选择了UWB（超宽带）室内定位模块，结合互补滤波技术，能够提供高精度的室内导航，弥补了传统定位方法在复杂环境中的不足。此外，论文还提到了使用串级PID作为主要的控制策略，尽管ADRC（自适应动态面控制）理论上具有更好的抗扰性和控制平滑性，但由于算法复杂和成熟度问题，最终并未选用。 论文的关键点在于对不同控制方案的权衡和选择，以及在实际应用中如何确保飞行器的稳定性和高效性。同时，系统还具备数传通信模块，用于调试和失控保护，提高了系统的整体可靠性。通过这些技术的集成，该灭火飞行器能够在室内环境中执行精确的任务，展现了智能硬件在特定应用场景下的强大潜力。