本文從工程應(yīng)用出發(fā)，將航模固定翼飛機(jī)作為研究平臺(tái)，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外微小型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了低成本飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

　　首先，提出飛行控制系統(tǒng)總體方案，對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)總體分為兩個(gè)部分：機(jī)載飛控系統(tǒng)和地面測(cè)控系統(tǒng)，其中機(jī)載飛控系統(tǒng)以 STM32 微控制器為核心，集成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPS 模塊、遙控解碼模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)傳電臺(tái)和電源模塊；地面測(cè)控系統(tǒng)包括測(cè)控計(jì)算機(jī)、數(shù)傳電臺(tái)、地面站軟件、發(fā)射機(jī)等。

　　其次，對(duì)無(wú)人機(jī)捷聯(lián)導(dǎo)航算法進(jìn)行了研究。捷聯(lián)導(dǎo)航算法用于無(wú)人機(jī)姿態(tài)、速度、位置等信息的濾波解算，是解決無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文設(shè)計(jì)了基于誤差四元數(shù)的姿態(tài)卡爾曼濾波算法；同時(shí)考慮在大機(jī)動(dòng)情況下，剛體加速度的影響，采用組合濾波的方法，提高姿態(tài)解算的精度，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；通過(guò)引入 GPS 的速度和位置量測(cè)信息，分別設(shè)計(jì)了速度、位置卡爾曼濾波器。

　　然后，建立了無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)模型。基于該模型采用 PID 控制方法對(duì)無(wú)人機(jī)縱向、橫側(cè)向控制回路控制律進(jìn)行設(shè)計(jì)；同時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)的自主飛行進(jìn)行研究，給出了直線自主飛行和圓周自主飛行制導(dǎo)參數(shù)的計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制律；之后進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制律。

　　最后，展開(kāi)無(wú)人機(jī)的試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了飛行控制系統(tǒng)硬件與捷聯(lián)導(dǎo)航算法的可靠性和可行性。

　　無(wú)人機(jī)是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、無(wú)人駕駛、可重復(fù)使用的航空器的簡(jiǎn)稱。在軍事上，因?yàn)榫哂辛銈觥?zhàn)場(chǎng)生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適合執(zhí)行高危險(xiǎn)或人類無(wú)法參與的任務(wù)；在民用上，它也完全可以代替有人機(jī)完成一些任務(wù)，如救援搜索、災(zāi)情監(jiān)測(cè)、氣象探測(cè)等。微小型無(wú)人機(jī)具有隱蔽性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、制造成本低等特點(diǎn)，但由于微小型無(wú)人機(jī)本身有限的負(fù)載能力和體積限制，現(xiàn)有的一些導(dǎo)航和飛行控制系統(tǒng)很難直接在微小型無(wú)人機(jī)上使用，所以對(duì)微小型無(wú)人機(jī)的嵌入式飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行研究工程意義重大。隨著微機(jī)械傳感技術(shù)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)已經(jīng)逐漸進(jìn)入實(shí)用階段。在軍事上無(wú)人機(jī)已經(jīng)從單純的空中偵察到現(xiàn)在的空中監(jiān)控、導(dǎo)彈攻擊、火力制導(dǎo)、通信中繼、邊界巡邏、甚至戰(zhàn)斗任務(wù)中都發(fā)揮了重要的作用，取得了良好的軍事效益，各個(gè)國(guó)家都給予了相當(dāng)程度的關(guān)注。在民用和警用領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)同樣發(fā)揮著重要的作用。無(wú)人機(jī)在航空攝影、地理測(cè)繪、遙測(cè)遙感、大氣監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源勘探、通信中繼、電力巡線、農(nóng)藥噴灑等領(lǐng)域也完全可以替代有人機(jī)，具有光明的應(yīng)用前景。目前，無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)仍屬于國(guó)際前沿技術(shù)，因?yàn)槠滠娛逻\(yùn)用價(jià)值顯著，有必要自主創(chuàng)新，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。