四轴飞行器是一种小型旋翼无人驾驶飞行器，简称UAV(Unmanned AerialVehicle)，它能够进行垂直起降、定点悬停和空间六种自由度的运动。和传统的直升机相比，四轴飞行器具有结构简单和稳定可靠等优点，在军用和民用领域都有广泛的应用前景。四轴飞行器的飞行控制系统是一种典型的欠驱动系统，具有多变量、非线性和强耦合的特点，因此四轴飞行器的飞行控制问题一直是控制领域的重要研究方向。将四轴飞行器和导航系统结合，可以拓展飞行器的功能，由于飞行器载重能力有限，难以使用高精度的导航系统。针对室内环境条件下，设计了基于MEMS惯性和视觉组合导航的四轴飞行器，并进行相关研究。
首先研究了四轴飞行器的基本运动学原理和飞行控制原理，根据飞行器的结构特点和动力学特性，利用牛顿-欧拉模型建立飞行器的六自由度运动模型。其次以STM32系列的ARM单片机作为主控制器进行飞行器的硬件设计:包括惯性测量模块、视觉导航模块、无线模块和电机驱动模块等。然后针对四轴飞行器的运动特性，设计了基于PID控制器的飞行控制系统，利用MATLAB并结合飞行器的运动模型对飞行控制系统进行仿真验证控制算法的有效性。最后研究了基于MEMS惯性测量装置构成的捷联惯性导航系统，对比了不同的卡尔曼滤波算法对惯导位置和视觉位置的应用效果，从仿真结果得出UKF滤波效果更好。
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