本文從工程應(yīng)用出發(fā)，將航模固定翼飛機作為研究平臺，在總結(jié)國內(nèi)外微小型無人機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，提出了低成本飛行控制系統(tǒng)設(shè)計方案。

　　首先，提出飛行控制系統(tǒng)總體方案，對硬件系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。無人機硬件系統(tǒng)總體分為兩個部分：機載飛控系統(tǒng)和地面測控系統(tǒng)，其中機載飛控系統(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、舵機驅(qū)動模塊、數(shù)傳電臺和電源模塊；地面測控系統(tǒng)包括測控計算機、數(shù)傳電臺、地面站軟件、發(fā)射機等。

　　其次，對無人機捷聯(lián)導(dǎo)航算法進(jìn)行了研究。捷聯(lián)導(dǎo)航算法用于無人機姿態(tài)、速度、位置等信息的濾波解算，是解決無人機飛行狀態(tài)準(zhǔn)確測量的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文設(shè)計了基于誤差四元數(shù)的姿態(tài)卡爾曼濾波算法；同時考慮在大機動情況下，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)行了仿真驗證；通過引入 GPS 的速度和位置量測信息，分別設(shè)計了速度、位置卡爾曼濾波器。

　　然后，建立了無人機的飛行動力學(xué)模型。基于該模型采用 PID 控制方法對無人機縱向、橫側(cè)向控制回路控制律進(jìn)行設(shè)計；同時對無人機的自主飛行進(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)的計算方法，并設(shè)計了相應(yīng)的控制律；之后進(jìn)行了仿真，驗證了所設(shè)計的控制律。

　　最后，展開無人機的試驗研究，驗證了飛行控制系統(tǒng)硬件與捷聯(lián)導(dǎo)航算法的可靠性和可行性。

　　無人機是一種由動力驅(qū)動、無人駕駛、可重復(fù)使用的航空器的簡稱。在軍事上，因為具有零傷亡、戰(zhàn)場生存能力強等特點，非常適合執(zhí)行高危險或人類無法參與的任務(wù)；在民用上，它也完全可以代替有人機完成一些任務(wù)，如救援搜索、災(zāi)情監(jiān)測、氣象探測等。微小型無人機具有隱蔽性強、機動靈活、制造成本低等特點，但由于微小型無人機本身有限的負(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人機上使用，所以對微小型無人機的嵌入式飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行研究工程意義重大。隨著微機械傳感技術(shù)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機已經(jīng)逐漸進(jìn)入實用階段。在軍事上無人機已經(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，各個國家都給予了相當(dāng)程度的關(guān)注。在民用和警用領(lǐng)域，無人機同樣發(fā)揮著重要的作用。無人機在航空攝影、地理測繪、遙測遙感、大氣監(jiān)測、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，具有光明的應(yīng)用前景。目前，無人機飛行控制系統(tǒng)仍屬于國際前沿技術(shù)，因為其軍事運用價值顯著，有必要自主創(chuàng)新，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無人機飛行控制系統(tǒng)。