TI杯四旋翼飞行器要点
2018年TI杯大学生电子设计竞赛题B-灭火飞行器
2018年TI 杯大学生电子设计竞赛B 题：灭火飞行器（本科）1．任务基于四旋翼飞行器设计一个灭火飞行器（简称飞行器）。
飞行器活动区域示意图如图1所示。
在图1中，左下方的圆形区域是飞行器起飞及降落点；右侧正方形区域是灭火防区，防区中有4个用红色LED 模拟的火源（火源用单只0.5W 红色发光二极管来实现，建议LED 电流不超过25mA ）。
飞行器起飞后从A 处进入防区，并以指定巡航高度在防区巡逻；发现防区有火源，用激光笔发射激光束的方式模拟灭火操作；所有火源全部熄灭后，飞行器从B 处飞离防区返航，返航途中需穿越一个矩形框。
从起飞到降落的整个操作过程不得超过5分钟，时间越短越好。
图1 消防飞行器活动区域示意图2．要求（1） 飞行器从起飞地点垂直起飞升高到150cm ±10cm 的巡航高度。
（15分）（2） 在起飞点的巡航高度上悬停15秒，然后以巡航高度从A 处进入防区巡航飞行。
（10分）（3） 飞行器发现防区内的火源后，飞往火源上方用上激光笔照射火源作为灭火；激光笔光斑在以火源为圆心、直径20cm 圆形区域保持2秒及以上即视为灭火成功。
（30分）（4） 飞行器从B 处飞离防区。
（10分）（5）返航途中飞行器需要穿过一个宽高为10070cm的矩形框。
（15分）（6）回到降落点上空，垂直下降，准确平稳地降落在降落点；（10分）（7）整个飞行过程计时得分。
（10分）（8）其他。
（10分）（9）设计报告（20分）3．说明（1）参赛队使用飞行器时应遵守中国民用航空局的相关管理规定。
（2）飞行器桨叶旋转速度高，有危险！请务必注意自己及他人的人身安全；操作者需佩戴防护镜及防护手套。
（3）飞行器可自制或外购，飞行器机身必须标注参赛队号；飞行器桨叶固定轴间最大轴间距不超过50cm；飞行器必须带防护圈，否则不予测试。
（4）以模拟火源的LED为圆心，画一个直径20cm的圆（边缘线宽不超过1mm），以便观察灭火动作。
四旋翼飞行器初步讲解
理 不如PID控制策略。
四旋翼飞行器初步讲解
串级PID控制器的原理及优点
串级控制系统的典型结构图如图1所
示，系统中有两个PID控制器称为副调
节器传递函数，包围的内环成为副回
控 制 原 理
路。称为主调节器传递函数，包围的 外环称为主回路。主调节器的输出量 作为副回路的给定量。相对单环PID其 优点是将干扰加到副回路中，由副回 路控制对其进行抑制。副回路中参数
平姿态等各种导航信息。
四旋翼飞行器初步讲解
1、欧拉角法
飞
行
姿
态
的
表
示
cos cos cos sin sin sin cos cos sin cos sin sin
方 R sin cos
sin sin sin cos cos
sin
sin
cos
sin
cos
法 sin
cos sin
cos cos
求婚
四旋翼飞行器初步讲解
动 力 原 理
四旋翼飞行器初步讲解
垂直运动
俯仰、翻滚运动
偏航运动
四旋翼飞行器初步讲解
捷联式惯性导航
姿
态
捷联式惯性导航系统是把惯性元件,即
检 陀螺仪和加速度计固定在运机体上, 分别测
测 量运机体相对惯性空间的三个转动角速度和
原 三个线加速度沿运机体坐标系的分量,经过
理 计算,得到运机体的位置、速度、航向和水
整合性6轴运动处理组件；
MPU-6050 整合了 3 轴角速度和 3
姿
轴加速度传感器， 免除了组合陀螺仪与 加速计时存在的轴差问题，减少了大量
态
的包装空间。
传
其具备较低功耗：陀螺仪工作电流 5mA，待机电流仅 5uA；加速计工作电
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述四旋翼飞行器是一种具有四个独立旋翼的飞行器，也被称为四轴飞行器。
它采用借助电子设备来保持平衡和方向飞行，是一种近年来非常流行的飞行器类型。
四旋翼飞行器飞行控制技术是指通过控制器、传感器和电动机等设备来实现飞行器的稳定飞行和精确控制。
本文将对四旋翼飞行器的飞行控制技术进行综述，包括传感器、飞行控制器、电机及螺旋桨、遥控器等方面。
一、传感器四旋翼飞行器的传感器是实现飞行控制的基础，它主要包括加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等。
加速度计用于测量飞行器的加速度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，磁力计用于测量飞行器的方向，气压计用于测量飞行器的高度。
这些传感器可以实时地将飞行器的状态信息传输给飞行控制器，从而帮助控制器实现飞行器的稳定飞行和精确控制。
二、飞行控制器飞行控制器是四旋翼飞行器的大脑，它通过接收传感器传来的信息，计算飞行器的状态，再根据飞行器的状态信息来控制电机的转速和螺旋桨的转动角度，从而实现飞行器的稳定悬停、方向飞行、姿态调整等功能。
目前市面上比较常见的飞行控制器有OpenPilot、Pixhawk、Naze32等，它们都能够提供强大的飞行控制功能，同时还支持GPS导航、航点飞行、自动返航等高级功能。
三、电机及螺旋桨四旋翼飞行器通常采用无刷电机驱动螺旋桨进行飞行，电机及螺旋桨的选择直接影响飞行器的性能和稳定性。
在选择电机时需要考虑电机的功率、转速、推力、以及电机的重量和尺寸等参数，同时还需要考虑螺旋桨的直径、螺距、材质等参数。
合理的电机及螺旋桨搭配可以为飞行器提供足够的推力和稳定性，从而保证飞行器的良好飞行表现。
四、遥控器遥控器是飞行器的操控装置，通过遥控器可以实现飞行器的起飞、降落、悬停、前进、后退、左转、右转等操作。
目前市面上比较常见的遥控器有Futaba、FrSky、Spektrum等，它们都能够提供可靠的无线控制信号，从而保证飞行器的操控精准和稳定。
在实际的飞行控制中，通常采用PID控制算法来实现对飞行器的姿态调整和稳定飞行。
四旋翼飞行器的姿态解算小知识点
1、惯性测量单元IMU(InertialMeasurement Unit)姿态航向参考系统AHRS(Attitude and Heading Reference System)地磁角速度重力MARG(Magnetic, Angular Rate, and Gravity)微机电系统MEMS(Micro Electrical Mechanical Systems)自由度维数DOF(Dimension Of Freedom)无人驾驶飞行器UAV(Unmanned Aerial Vehicle)扩展卡尔曼滤波EKF(Extended Kalman Filter)无损卡尔曼滤波UKF(Unscented Kalman Filter)惯性导航系统INS(Inertial Navigation System)全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)天文导航系统CNS(Celestial Navigation System)可垂直起降VTOL(Vertical Take-off and Landing)2、常见的导航系统：惯性导航、天文导航、卫星导航、路标导航、无线电导航、推算导航、组合导航。
3、有两个基本坐标系：“地理”坐标系和“载体”坐标系。
”地理”坐标系指的就是地球上的“东北天（ENU）”坐标系，而“载体”坐标系值的就是四轴自己的坐标系。
4、在“地理”坐标系中，重力的值始终是（0，0，1g），地磁的值始终是（0，1，x）。
这些值就是由放置在四轴上的传感器测量出来的。
5、“地理”坐标系和“载体”坐标系是两个不同的坐标系，需要转化。
转化的方法就是坐标系的转换，目前有三种方式：四元数（q0123）、欧拉角（yaw（Z轴）/ pitch（Y轴）/roll（X 轴）属于其中一种旋转顺序Z-Y-Xà航空次序欧拉角）、方向余弦矩阵（9个系数）。
6、所谓的姿态，就是公式+系数。
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述随着科技的不断发展，无人机已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。
其中四旋翼飞行器是无人机中的一种常见类型，它具有简单的结构、灵活的机动性和广泛的应用领域。
在四旋翼飞行器的飞行过程中，飞行控制技术起着至关重要的作用，它直接影响着飞行器的稳定性、精准度和安全性。
本文将就四旋翼飞行器飞行控制技术进行综述，包括其基本原理、控制方法和发展趋势。
一、四旋翼飞行器的基本原理四旋翼飞行器由四个对称分布的螺旋桨组成，其工作原理类似于直升机。
螺旋桨通过变化其转速来产生升力和推力，从而使飞行器在空中进行飞行。
四旋翼飞行器的飞行控制主要通过调节螺旋桨的转速来实现。
当需要向上升时，四个螺旋桨的转速均增加；当需要下降时，四个螺旋桨的转速均减小；当需要向前飞行时，前两个螺旋桨的转速增加，后两个螺旋桨的转速减小；当需要向后飞行时，前两个螺旋桨的转速减小，后两个螺旋桨的转速增加。
通过这种方式，四旋翼飞行器可以在空中实现上升、下降、前进、后退、转向等各种飞行动作。
二、四旋翼飞行器的飞行控制方法1. 自稳定控制自稳定控制是四旋翼飞行器最基本的飞行控制方法。
它通过激活飞行器中的陀螺仪、加速度计、磁力计等传感器，实时监测飞行器的姿态和运动状态，然后通过控制飞行器的电机来调整其姿态，使其保持水平飞行、平稳悬停等动作。
这种控制方法简单直观，适用于日常飞行和初学者操作。
2. 遥控手柄控制遥控手柄控制是四旋翼飞行器常见的操控方式。
通过遥控器上的摇杆、按钮等控制装置，飞行员可以实时操控飞行器的姿态、速度和高度。
这种控制方法需要飞行员有一定的飞行经验和操作技巧，适用于比较复杂的飞行任务和专业的飞行员。
3. 自动驾驶控制随着人工智能和自动控制技术的不断发展，自动驾驶控制已经成为了四旋翼飞行器的新趋势。
通过预先设置飞行路径、目标点和航线，飞行器可以自主实现起飞、飞行、巡航、降落等任务，大大提高了飞行的精准度和安全性。
这种控制方法适用于无人机自主飞行、航拍、物流运输等领域。
四旋翼飞行器飞行控制
四旋翼飞行器飞行控制摘要：四旋翼飞行器是一种结构简单、飞行方式独特的垂直起降无人机。
本文主要讨论了关于四旋翼飞行器的飞行控制方法，由于该飞行器的系统是属于MIMO系统和现代飞行控制技术的发展，人们对飞机性能的要求也越来越高，但是需要提出更好的控制器使其系统的稳定性、鲁棒性、自适应性等能提高。
关键词：四旋翼飞行器，飞行控制，MIMO，鲁棒性，稳定性，自适应性1 引言四旋翼无人机是具有4个输人力和6个自由度的欠驱动动力学旋翼式直升机[1]，该系统是能够准静态飞行的自主飞行器，如图1.1所示。
与传统的直升机相比，四旋翼直升机具有4个固定倾斜角的螺旋桨，从而使其结构和动力学特性得到了简化。
图1.1四旋翼飞行器的结构形式从该飞行器结构模型可以看出，推进器(1、3)、(2、4)为互相对称的两部分。
通过改变推进器转子的旋转速度，会使飞行器产生升力，引起运动[2]，如图1.2所示。
因此，通过改变4个推进器的转动速度，我们可以控制飞行器的垂直起降运动。
如果相反地控制(2、4)推进器的旋转速度，会引起滚转运动；如果相反地控制(1、3)推进器的旋转速度，会引起俯仰运动；要使飞行器产生偏航运动，则需要通过共同控制(1、2)和(3、4)推进器的旋转速度。
近几十年来，随着飞机性能的不断提高，飞行控制技术发生了很大的变化，出现了主动控制技术、综合控制技术、自主飞行控制技术等先进的飞行控制技术，。
现代高性能飞机对飞行控制系统提出了更高的要求，使用古典控制理论设计先进飞机的飞行控制系统已越来越困难。
在国际上已经有很多学者研究了关于四旋翼飞行器的控制问题，而这些控制方法可以概括为三类[3]：（1）频域法，如线性二次型调节器/线性二次高斯函数/回路传递恢复方法（LQR/LQG/LTR）、定量反馈理论（QFT）方法、动态逆方法；（2）数值最优方法，如H∞方法、μ综合方法等；（3）时域法，如特征结构配置（EA）方法。
但是这些方法对四旋翼飞行器的各种姿态控制、位置控制、速度控制、定点悬停控制、协调转弯控制、自主飞行控制等控制方法设计，不能很好的提高飞行器的稳定性、自适应性和鲁棒特性等。
微型四旋翼飞行器及关键技术分析
·263·Shang Pin Yu Zhi Liang 商品与质量技术探讨Ji Shu Tan Tao 引言当前四旋翼飞行器的研究在国外处于领先地位，我国对四旋翼飞行器的研究还处于起步阶段，但在国内各所高效内已经相继开展了四旋翼飞行器的研究工作，当前国内已经完成完整的飞行器数学模型的建立以及飞行器系统的软硬件设计，结合多种控制方法的应用，实现四旋翼飞行器设计上的突破性进展。
一、四旋翼飞行器的研究现状目前世界上的四旋翼飞行器一般可分为三类：遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。
1.1遥控航模四旋翼飞行器美国的Dragon flyer 公司研制的Dragon flyer 和香港银辉玩具制品有限公司研制的X-UFO 是遥控航模四旋翼飞行器的典型代表，前者主要用于航拍，机体有效载荷达到113.2g，旋翼直径28cm，机体由碳纤维和高性能塑料构成，可实现16到20分钟的持续飞行。
X- UFO 为玩具制品，机体最大长度 68.5 cm， 高14cm，持续飞行时间约为5分钟，100米的遥控距离，但安全性较高。
1.2小型四旋翼飞行器当前小型四旋翼飞行器的研究主要集中在基于惯导的自主飞行控制、基于视觉的自主飞行控制和自主飞行器系统方案三个方面。
瑞士几所大学研发了OS4、HMX4和GTMARS 小型四旋翼飞行器。
其中OS4融入了小型飞行器机构设计的新方法和自助飞行控制算法，可以实现室内和室外环境的飞行的完全自主化。
其中OS4I 的最大长度约 73 cm， 质量为 235 g，采用了Dragon flyer 的旋翼和十字框架，研究人员将一个X sense 的MT9- B 微惯性测量单元通过万向节固定于飞行测试平台上，控制其具有三个转动自由度，通过多种控制算法的应用实现飞行器的姿态控制。
1.3微型四旋翼飞行器德国2006年研发的md-200微型四旋翼飞行器推出后，在欧洲的警察、消防、军队等多个领域快速应用，在欧洲市场取得了巨大的成功。
2018年安徽省大学生电子设计竞赛“TI杯”(最高奖)获奖作品--灭火飞行器设计报告
2018年安徽省TI杯大学生电子设计竞赛灭火飞行器（B题）设计报告目录摘要： (2)关键词： (2)一、系统方案 (3)1.1 控制系统的选择 (3)1.2 飞行姿态控制的论证与选择 (3)1.3 电机的选择 (3)1.4 高度测量模块的论证与选择 (3)1.5 边界判断模块的选择 (3)1.6 角速度与加速度测量模块选择 (4)二、设计与论证 (4)2.1 控制方法设计 (4)2.1.1降落及飞行轨迹控制 (4)2.1.2 飞行高度控制 (5)2.1.3 飞行姿态控制 (5)2.2 参数计算 (6)三、理论分析与计算 (6)3.1 Pid控制算法分析 (6)四、电路与程序设计 (9)4.1 系统组成 (9)4.2 系统框图 (9)4.3 系统各模块电路图 (10)4.4 程序流程图 (13)五、测试方案与测试条件 (13)5.1 测试方案 (13)5.2 测试条件 (14)六、结论 (16)6.1 pid控制如下图： (16)附录一：元器件明细表 (18)附录二：仪器设备清单 (18)附录三：程序 (18)摘要：本系统由数据采集、数据信号处理、飞行姿态和航向控制等部分组成。
系统选用STM32F4单片机作为主控芯片，对从STM32F4芯片读取到的一系列数据进行PID算法处理并向飞行器的电调给出相应指令，从而达到对飞行器飞行姿态的控制。
采用STM32F4芯片采集四旋翼飞行器的三轴角速度和三轴角加速度数据,用激光定高来判断“火源位置”，以保证飞行器可以直接找到“火源”。
通过使用激光判断边界区域，确保可以在相应范围内飞行；nrf51422无线通信模块用来实现遥控器和飞行器之间的通信。
关键词：STM32F4单片机激光传感器超声波测距定高 PID算法光流定点模块nrf51422无线模块一、系统方案本系统主要由控制模块、激光定高模块、电机调速模块、循迹模块、无线通信模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 控制系统的选择方案一：STM32F1单片机作为主控芯片来控制飞行器的飞行姿态与方向，带有摄像头采集，并把摄像头采集的数据发送给STM32F4进行处理，运用 pid算法进行姿态调整。
四轴飞行器知识简介
四轴飞行器知识什么是四轴飞行器？四轴飞行器也叫四旋翼飞行器。
通俗点说就是拥有四个独立动力旋翼的飞行器，有四个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。
四轴飞行器是多轴飞行器其中的一种，常见的多轴飞行器有两轴，三轴，四轴，六轴，八轴或者更多轴。
四轴飞行器飞行原理重心的距离相等, 当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡, 四轴不会向任何一个四轴飞行器有四个电机呈十字形排列,驱动四片桨旋转产生推力; 四个电机轴距几何中方向倾转; 而四个电机一对正转,一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡,保证了四轴航向的稳定. 此飞行控制板规定四轴电机的排布方式相对应。
1,4号电机顺时针方向旋转, 2,3号电机逆时针方向旋转. 四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向和偏航方向上的运动: 当四轴需要向前方运动时, 2,3号电机保持转速不变, 1号电机转速下降, 4号电机转速上升, 此时4号电机产生的升力大于1号电机的升力, 四轴就会沿几何中心向前倾转,桨叶升力沿纵向的分力驱动四轴向前运动. 当四轴要转向左转向时, 1,4号电机转速上升, 2,3号电机转速下降, 使向左的反扭距大于向右的反扭矩, 四轴在反扭距的作用下向左旋转.四个桨产生的推力, 超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与下降的运动, 当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停。
其他方式的运动原理与以上过程类似. 四轴飞行原理虽然简单, 但实现起来还需很多工作要做.四轴飞行器需要的零件无刷电机（4个）、电子调速器（简称电调，4个，）、螺旋桨（4个，需要2个正浆，2个反浆）、飞行控制板（常见有瑞伯达、KK等品牌）、电池（11.1v航模动力电池）、遥控器（最低四通道遥控器）、机架（非必选）、充电器(尽量选择平衡充电器)怎样知道是否能正常起飞？一切准备完毕，怎么知道可以试飞了呢，我个人建议为了避免匆忙上马，秒炸。
先拿手上试飞比较好，但要注意离身体距离。
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器（Quadcopter）是一种多旋翼无人机，具有垂直起降和飞行能力。
它由四个对称分布的旋翼组成，通过旋转调节旋翼的推力和扭矩来控制飞行器的运动。
四旋翼飞行器的飞行控制技术包括姿态稳定、定位导航和路径规划等方面。
本文对这些技术进行了综述。
姿态稳定是四旋翼飞行器飞行控制的基础。
姿态稳定包括俯仰、横滚和偏航三个方向的控制。
通常，通过控制四个旋翼的推力和扭矩来实现姿态调节。
目前常用的控制方法有PID控制和自适应控制等。
定位导航是四旋翼飞行器飞行控制的重要组成部分。
准确的定位导航能够使飞行器实现精确的飞行路径和任务。
目前常用的定位导航技术包括GPS、惯性导航系统和视觉导航系统等。
GPS能够提供全球范围的位置信息，但其精度受到多种因素的影响；惯性导航系统借助惯性传感器（如加速度计和陀螺仪）测量飞行器的运动状态，但累积误差较大；视觉导航系统通过摄像头获取环境信息，可以实现较精确的定位和导航。
路径规划是四旋翼飞行器飞行控制的高级技术。
路径规划可以将飞行器的任务转化为轨迹，在保证安全和效率的前提下，实现自主飞行和避障等功能。
常用的路径规划算法包括A*算法、Dijkstra算法和基于遗传算法的优化方法等。
四旋翼飞行器飞行控制技术包括姿态稳定、定位导航和路径规划等方面。
这些技术能够使飞行器实现稳定的飞行和精确的定位导航，为其应用提供了基础。
随着无人机技术的发展，四旋翼飞行器的飞行控制技术也在不断创新和完善，为无人机的应用场景提供更多可能性。
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述1. 引言1.1 四旋翼飞行器飞行控制技术综述在过去的几十年间，四旋翼飞行器的发展经历了较大的变化。
从最初的简单结构和简单控制系统，到如今的多功能、高性能的飞行器，在结构、控制系统和飞行算法方面都取得了显著进步。
四旋翼飞行器的结构和原理是其飞行控制技术的基础。
通过四个对称排列的旋翼，飞行器可以在空中稳定地悬停、前进、后退、向左、向右等多种飞行动作。
这种结构简单而稳定，使得四旋翼飞行器在各种场景下都能够灵活应用。
控制系统是四旋翼飞行器飞行控制技术中的关键部分。
通过对飞行器的姿态、高度、速度等参数进行实时监测和调整，控制系统能够实现飞行器的稳定飞行和精准操控。
不同的控制系统采用不同的传感器和算法，以适应不同的飞行任务。
飞行模式和飞行控制算法是四旋翼飞行器飞行控制技术的重要组成部分。
通过选择合适的飞行模式和控制算法，飞行器可以实现各种飞行动作，如自动悬停、轨迹跟踪、自动着陆等。
四旋翼飞行器飞行控制技术在不断发展完善，未来的发展趋势将更加注重智能化、自主化和多功能化，有望在军事、民用、商业等领域发挥越来越重要的作用。
2. 正文2.1 飞行器的发展历史飞行器的发展历史可以追溯到古代人类对飞行的向往和探索。
古希腊神话中就有人类想要模仿鸟类飞行的传说。
随着科学技术的进步，人类开始尝试制造能够实现飞行的机器。
18世纪末至19世纪初，著名的气球飞行和飞艇飞行成为了人们关注的焦点，这些飞行器虽然能够实现飞行，但受限于气囊和气固结构的特性，无法实现真正的自主飞行。
随着内燃机的发明和飞行理论的逐渐成熟，20世纪初飞机的出现开创了飞行器发展的新纪元。
从单翼飞机到双翼飞机，再到多翼飞机，飞机的设计和性能不断进步，飞行高度和速度也不断提升，飞行器在军事、民用和科研领域发挥着越来越重要的作用。
近年来，随着无人机技术的迅猛发展，四旋翼飞行器成为了飞行器领域的热点之一。
它的简单结构和灵活机动性吸引了广泛的关注。
TI杯四旋翼飞行器
2014年TI杯大学生电子设计竞赛报告A题：四旋翼飞行器摘要:小型四旋翼飞行器是一种通过对四个旋翼联合驱动而实现垂直起降的无人飞行器，是一个模块化、具有较高硬件灵活性和较好操控性的平台装置，这个平台装置能够为科学实验、工程监控、气象监测、灾害预警等提供很好的应用平台。
本文以自制小型电动四旋翼飞行器作为研究平台，通过对MPU6050传感器测得运动数据研究，实现对其空中运动姿态的数学描述，建立完整的动力学模型，并针对姿态解算方法和飞行控制算法展开研究，最终完成飞行器的稳定悬停等研究目标。
关键词：四旋翼飞行器；MPU6050传感器；运动姿态；动力学模型；稳定悬停。
目录一、系统设计要求................................................ - 1 -1. 1、任务.................................................. - 1 -1. 2、设计相关要求.......................................... - 1 -1.2.1 、基本要求............................. 错误!未定义书签。
1.2.2、发挥部分......................................... - 1 -二、系统方案论证与选择.......................................... - 1 -2.1 、系统基本方案.......................................... - 2 -2.1.1、处理器选取方案.................................... - 2 -2.1.2、轨迹探测模块选取方案.................. 错误!未定义书签。
2.1.3、高度传感器选取方案................................ - 3 -2.1.4、平衡传感器选取方案.................... 错误!未定义书签。
四旋翼起飞条件-概述说明以及解释
四旋翼起飞条件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:四旋翼飞行器作为一种无人机系统，具有垂直起降、灵活机动、飞行稳定等优点，在军事、民用、科研等领域具有广泛的应用前景。
起飞是四旋翼飞行器飞行过程中的重要环节，其条件直接影响着飞行器的安全性和性能表现。
本文将深入探讨四旋翼飞行器的起飞条件，分析其重要性以及实践意义，为提高飞行器的飞行效率和安全性提供参考。
1.2文章结构"1.2 文章结构":本文将首先介绍四旋翼飞行器的基本概念和工作原理，然后探讨起飞条件在飞行器性能和安全性方面的重要性。
接着将详细分析四旋翼飞行器的起飞条件，包括对气象条件、地形条件、飞行器状态等方面的要求。
最后，总结起飞条件对飞行器运行的影响及其实践意义，并展望未来在起飞条件方面的研究方向和发展趋势。
通过本文的阐述，读者将深入了解四旋翼飞行器起飞条件的重要性及相关知识。
1.3 目的本文旨在探讨四旋翼飞行器的起飞条件，分析其重要性以及影响因素。
通过对起飞条件的深入研究，希望能够为四旋翼飞行器的安全起飞提供理论支持和实践指导。
同时，也旨在引起人们对四旋翼飞行器安全性的关注，促进行业的发展和规范化。
通过本文的撰写，希望可以为四旋翼飞行器的设计、制造和运营提供参考，以确保其在飞行过程中能够达到最佳的性能和安全水平。
2.正文2.1 四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器是一种具有四个旋翼的飞行器，每个旋翼都可以单独控制飞行器的姿态和飞行方向。
四旋翼飞行器通常采用无人驾驶技术，能够在无人操作的情况下进行飞行任务。
四旋翼飞行器具有垂直起降能力，可以在狭小的空间内起飞和降落，不需要像传统飞行器那样需要跑道。
这使得四旋翼飞行器在城市中进行任务或救援行动时非常有效。
四旋翼飞行器在军事、商业和民用领域都有广泛的应用，如监视和侦察任务、货物运输、救援行动等。
它们的灵活性和便捷性使得它们成为当前飞行器领域中备受关注的一种飞行器类型。
2.2 起飞条件的重要性四旋翼飞行器的起飞条件是整个飞行过程中最关键的环节之一。
四旋翼飞行器系统
四旋翼飞行器系统
一、任务
设计制作一架能够自主飞行的四旋翼飞行器和一个地面控制及数据显示装置。
二、要求
1、基本要求
（1）飞行器能够通过地面装置的按键实现自主起飞与降落。
起飞高度应超过30cm，飞行时间不低于10s。
（2）飞行器能够实现空中悬停功能，悬停高度应超过30cm，悬停时间不低于10s。
（3）飞行器能够沿正前向飞行5m，距离误差在-25~25cm内。
（4）在地面装置显示飞行器的飞行高度，飞行速度及飞行器姿态等数据。
2、发挥部分
（1）飞行器能够根据地面装置的设定（键盘设定）实现不同水平距离的飞行，距离误差在-25~25cm内。
（2）飞行器能够按照起飞前地面装置所给的预设指令实现起飞，然后正前方飞行设定的距离，接着右侧方飞行设定的距离，最后平稳地降落到地面。
（3）自主发挥设计飞行器的飞行任务。
四、说明
（1）为降低难度，飞行器的控制器可自行选择，如使用开源的飞控板。
（2）飞行器的尺寸可自行选定。
（3）为确保安全，飞行器必须加装桨保护罩，调试人员必须配备护目镜，如飞行器无桨保护罩和调试人员没有佩戴护目镜将不予测评。
（4）飞行器在地面装置完成指令传输后不能再进行任何人为干预。
四旋翼智能飞控无人机用户使用手册
四旋翼智能飞控无人机用户使用手册一、前言感谢您选择使用本款四旋翼智能飞控无人机。
本手册将为您提供详细的使用说明，帮助您更好地掌握飞行控制和操作技能，确保您的飞行体验更加安全和愉快。
二、产品概述本款四旋翼智能飞控无人机是一款具备高度智能化和稳定飞行能力的航拍设备。
它可以通过手机等移动设备进行遥控操作，拥有拍摄高清影像和实时传输的功能，适用于航拍摄影、观光旅游等各种场景。
三、安全须知1. 在使用前，请确保您已经阅读并完全理解本飞行手册，并严格按照操作步骤进行。
2. 在飞行过程中，应保持视线通畅，避免在人群密集区域或有障碍物的场地操作。
3. 在室外飞行时，请选择风速低于3级的天气，并注意是否有雷电等恶劣天气。
4. 飞行过程中严禁靠近高压电线、通信塔等高危区域飞行。
5. 飞行时应注意飞行环境，避免伤害自己或他人。
四、产品组装与准备1. 打开包装，检查所购无人机包装是否完好。
2. 将无人机放置在平坦的地面上，确保四旋翼支架稳定。
3. 将电池正确安装在无人机上，并确保电池安全连接。
4. 按照说明书的指引，将手机与飞控系统连接。
五、飞行姿势及操作技巧1. 将无人机放置在空旷的地方，确保四旋翼可以自由升空。
2. 打开无人机和遥控器开关，等待连接成功。
3. 按照说明书的指引，调整无人机垂直与水平位置，保持稳定。
4. 按下起飞按钮，无人机开始起飞。
5. 使用遥控器的摇杆来控制无人机的前后左右移动，并保持对无人机的视线。
6. 根据需要，使用遥控器的其他功能键来实现航拍、自动返航等功能。
六、安全降落和故障处置1. 若无人机出现异常或遥控器失去信号，请立即将摇杆调整至中立位置，并等待无人机自动降落。
2. 若无人机飞行途中出现电量不足导致动力不足，飞行高度下降，请及时寻找平坦开阔的地方进行紧急降落。
3. 若遥控器失效或操作失误，可使用紧急停机功能切断电源，避免进一步飞行危险。
七、飞行技巧和注意事项1. 飞行前请先熟悉飞行手册并理解无人机的功能和操作方法。
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述四旋翼飞行器是一种以四个旋翼作为动力装置的飞行器，通过调节四个旋翼的转速和倾斜角度，实现对飞行器的姿态和飞行控制。
近年来，随着无人机技术的快速发展，四旋翼飞行器已经成为了无人机领域中最常见的一种飞行器类型。
本文将对四旋翼飞行器的飞行控制技术进行综述，从传统PID控制到现代的自适应控制等多种控制技术进行介绍，为读者提供一份全面的四旋翼飞行器飞行控制技术综述。
一、传统PID控制PID控制是一种经典的控制方法，通过比例、积分和微分三个部分来对系统进行控制。
在四旋翼飞行器的控制中，PID控制常常被用于对飞行器的姿态进行控制。
这种方法通过对飞行器的姿态误差进行检测，并根据误差的大小和变化率来对四个旋翼进行调节，从而实现飞行器的稳定飞行。
传统PID控制也存在一些问题，比如对参数的调节比较困难，容易出现振荡和过冲等问题。
针对四旋翼飞行器的特点，一些改进的控制方法逐渐被引入到飞行器的控制中。
二、模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它将模糊集合和模糊规则应用于控制系统中，通过模糊化、模糊推理和去模糊化等步骤来实现对系统的控制。
在四旋翼飞行器的控制中，模糊控制可以更好地应对系统非线性和不确定性的特点，从而提高控制性能。
三、神经网络控制神经网络控制是一种基于人工神经网络的控制方法，通过训练神经网络来模拟系统的动态特性，并利用神经网络的学习能力来对系统进行控制。
在四旋翼飞行器的控制中，神经网络控制可以适应系统的非线性和不确定性，同时具有较强的自适应能力。
四、自适应控制五、鲁棒控制鲁棒控制是一种能够保持系统稳定性和性能的控制方法，通过设计具有鲁棒性的控制器来应对系统的不确定性和外部扰动。
在四旋翼飞行器的控制中，鲁棒控制可以有效地抑制系统的振荡和过冲，保证飞行器的稳定飞行。
四旋翼飞行器的飞行控制技术涵盖了传统的PID控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制和鲁棒控制等多种方法。
每种方法都有其适用的场景和特点，需要根据具体的应用需求和系统特性进行选择。
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2014年TI杯大学生电子设计竞赛报告A题：四旋翼飞行器摘要:小型四旋翼飞行器是一种通过对四个旋翼联合驱动而实现垂直起降的无人飞行器，是一个模块化、具有较高硬件灵活性和较好操控性的平台装置，这个平台装置能够为科学实验、工程监控、气象监测、灾害预警等提供很好的应用平台。
本文以自制小型电动四旋翼飞行器作为研究平台，通过对MPU6050传感器测得运动数据研究，实现对其空中运动姿态的数学描述，建立完整的动力学模型，并针对姿态解算方法和飞行控制算法展开研究，最终完成飞行器的稳定悬停等研究目标。
关键词：四旋翼飞行器；MPU6050传感器；运动姿态；动力学模型；稳定悬停。
目录一、系统设计要求................................................ - 1 -1. 1、任务.................................................. - 1 -1. 2、设计相关要求.......................................... - 1 -1.2.1 、基本要求............................ 错误！未定义书签。
1.2.2、发挥部分......................................... - 1 -二、系统方案论证与选择.......................................... - 1 -2.1 、系统基本方案.......................................... - 2 -2.1.1、处理器选取方案.................................... - 2 -2.1.2、轨迹探测模块选取方案................. 错误！未定义书签。
2.1.3、高度传感器选取方案................................ - 3 -2.1.4、平衡传感器选取方案................... 错误！未定义书签。
2.1.5、电源模块选取方案.................................. - 4 -2.1.6、电机驱动模块选取方案.............................. - 4 -2.1.7、加速度模块选取方案................... 错误！未定义书签。
2.2、系统各模块的最终方案................................... - 5 -2.2.1、方案描述.......................................... - 5 -2.2.2、具体方案.......................................... - 5 -三、系统的硬件设计与实现........................................ - 7 -3.1、系统硬件的基本组成部分................................. - 7 -3. 2、主要单元电路的设计.................................... - 7 -3.2.1、控制电路.......................................... - 7 -3.2.2、摄像头循迹电路....................... 错误！未定义书签。
3.2.3、超声波测距电路....................... 错误！未定义书签。
3.2.4、电机驱动电路...................................... - 8 -四、系统软件设计................................................ - 9 -4.1、基本要求流程图......................................... - 9 -4.2、超声波发送和接收模块流程图............................. - 9 -4.3.软件流程图.......................................... - 10 -4.4.主要算法程序代码.................................... - 11 -五、系统测试................................................... - 14 -5.1、测试仪器.............................................. - 14 -5.2、指标测试.............................................. - 14 -5.2.1、测试方法和条件................................... - 14 -5.2.2、测试数据及测试结果分析........................... - 14 -六、总结....................................................... - 15 -参考文献................................................... - 16 -一、系统设计要求1. 1、任务（1）设计制作一架能够自主飞行的四旋翼飞行器。
1. 2、设计相关要求四旋翼飞行器能够完成以下飞行动作：（1）飞行器能够根据起飞前预置的指令起飞，飞离地面高度应超过30cm，飞行距离（水平）应超过60cm，然后飞行器应能平稳降落。
（2）飞行器能够根据指定（键盘设定）的飞行高度及降落地点（方向及距离）连续稳定地完成起飞、指定高度水平飞行、平稳降落等动作。
（3）飞行器能够根据起飞前预置的指令垂直起飞，起飞后能够在50cm以上高度平稳悬停5s以上，然后再平稳缓慢降落到起飞地点；起飞与降落地点水平距离不超过30cm。
（4）其他自主发挥设计的飞行动作。
二、系统方案论证与选择根据题目要求，系统可以划分为电源部分、传感器部分、控制部分、电机驱动部分；其中电源部分：3.7V1200mA锂电池。
模块框图如图2所示。
图2 系统模块框图2.1 、系统基本方案为比较方便和经济实惠和可行的实现各模块的功能，分别作以下几种不同的设计方案并进行论证。
2.1.1、处理器选取方案方案一、采用比较普及的ｃ５１处理器，51 单片机比较普及，价格低廉，学习资料比较多，易于自主的学习与掌握，而且这方面的图书和教材比较多，学习资料易于获取。
但是由于飞行器飞行时MCU需要高速的处理各个传感器发送来的数据并及时的发出控制信号调节控制试飞行器能够平稳飞行，而C51在处理速度和运算能力上远远满足不了飞行器飞行时岁数据的处理需求。
故舍去该方案。
方案二、采用FPGA，FPGA是操控层次更低,所以自由度更大的芯片，对FPGA的编程在编译后是转化为FPGA内的连线表，相当于FPGA内提供了大量的与非门、或非门、触发器（可以用与非门形成）等基本数字器件，编程决定了有多少器件被使用以及它们之间的连接。
只要FPGA规模够大，这些数字器件理论上能形成一切数字系统，包括单片机甚至CPU。
FPGA在抗干扰，速度上有很大优势。
但是FPGA的价格较贵，电路设计比较难且其引脚密集，不利于焊接。
故舍弃去该方案。
方案三、采用ARM公司的STM32F103C8T6处理器进行数据处理，STM32F103处理器系列STM32F103C8T6，核心处理器：ARM32位Cortex-M3 CPU，芯体尺寸：32-位速度：72MHz；连通性：2个IIC接口，5个USART接口（，3个SPI接口（18 Mbit/s），两个和IIS复用，CAN接口，USB 2.0全速接口，SDIO接口，外围设备：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART；程序存储器容量：64KB；程序存储器类型：32-512KB的Flash存储器；6-64KB的SRAM存储器；电压- 电源(Vcc/Vdd)：2.0-3.6V，用ARM处理器可比较方便简单的操作。
在处理数据的速度能力上也能够满足飞行器在飞行时对数据处理的要求。
综合考虑方案三更符合实际情况相对易于实现，故采用第三套方案。
2.1.2、传感器模块选取方案方案一只采用三轴加速度传感器，三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。
三轴加速度传感器的好处就是在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三维加速度传感器来检测加速度信号。
但是采用三轴加速度传感器，须将采集到的信号进行计算，由于飞行器在飞行过程中，当三个方向上的加速度为零时,根据牛顿第二定律飞行器有可能处于匀速延某一方向运动或静止状态,无法有效的判断飞行器具体是那种状态，会产生不可预定的情况。
另外单凭三轴加速度传感器无法保持飞行器的平衡，无法实现飞行器的原地悬停及飞行过程中的平衡调整，而且需要的计算量会很大，故舍去该方案。
方案二采用MPU6050 9轴运动处理传感器，它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。
MPU6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。
为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的范围都是用户可控的。
一个片上1024字节的FIFO 有助于降低系统功耗。
陀螺仪是一种空间相角传感器，主要检测空间某些相位的倾角变化、位置变化，主要用于空间物理领域，特别在航空、航海方面有较多的用途，如：飞机上的陀螺仪，当飞机在做360°翻转的时候，陀螺仪将会保持原始的基准状态不变。
陀螺仪传感器最主要的特性是它的稳定性和进动性，可以测出飞行器行进方向及进行平衡调整，可以实现飞行器的悬停，以及姿态调整。
由于本系统是四旋翼飞行器，所以需要较高的稳定性，因此采用此传感器。
综合考虑方案二更利于实现，故采用第二套方案。
2.1.5、电源模块选取方案方案一采用四节电池供电，经三端稳压器7805稳压后送给MCU和光电对管等需要５Ｖ供电的部分，驱动四个电机。
该方案简单，但是电池在用一段后会有一个管压降，使得电路得到的电压不稳定，不利于PWM 调速。
而且，电池的重量过大，容量小，飞行时间过短，内阻会随使用时间增大，驱动电机的电流变小甚至不稳定，不利于飞行器的飞行，此外，废旧电池会对环境造成污染，不利于环保。