四轴飞行器结题报告
电子设计大赛四旋翼飞行器报告
选题编号：C题全国大学生电子设计竞赛设计报告选题名称：多旋翼自主飞行器主办单位：辽宁省教育厅比赛时间：2015年08月12日08时起2015年08月15日20时止摘要多旋翼飞行器也称为多旋翼直升机，是一种有多个螺旋桨的飞行器。
本设计实现基于ATMEGA328P和R5F100LEA的四旋翼飞行器。
本飞行器由飞行控制模块、导航模块、电源模块和航拍携物模块等四部分组成。
主控模块采用ATMEGA328P芯片，负责飞行姿态控制；导航模块以G13MCU为核心，由陀螺仪、声波测距等几部分构成，该模块经过瑞萨芯片处理采集的数据，用PID控制算法对数据进行处理，同时解算出相应电机需要的PWM增减量，及时调整电机，调整飞行姿态，使飞行器的飞行更加稳定；电源模块负责提供持续稳定电流；航拍携物模块由摄像头、电磁铁等构成，负责完成比赛相应动作。
飞行器测试稳定，实现了飞行器运动速度和转向的精准控制，能够完成航拍，触高报警，携物飞行，空中投递等动作要求。
关键词：四旋翼，PID控制，瑞萨目录摘要................................................................................................................................ i i1.题意分析 (1)2.系统方案 (1)2.1 飞行控制模块方案选择 (1)2.2 飞行数据处理方案选择 (1)2.3 电源模块方案选择 (2)2.4 总体方案描述 (2)3.设计与论证 (2)3.1 飞行控制方法 (2)3.2 PID控制算法 (3)3.3 建模参数计算 (3)3.4 建立坐标轴计算 (4)4.电路设计 (5)4.1 系统组成及原理框图 (5)4.2 系统电路图 (5)5.程序设计 (6)5.1 主程序思路图 (6)5.2 PID算法流程图 (7)5.3 系统软件 (7)6. 测试方案 (7)6.1 硬件测试 (7)6.2 软件仿真测试 (7)6.3 测试条件 (8)6.4 软硬件联调 (8)7.测试结果及分析 (8)7.1 测试结果 (8)7.2 结果分析 (9)8.参考文献 (9)1.题意分析设计并制作一架带航拍功能的多旋翼自主飞行器。
四轴飞行器报告(高级篇)
四轴飞行器报告(高级篇)姓名: 阿力木江艾合买提江高瞻完成日期: 2014年12月29日星期一报告内容1.姿态解算用到的常用数学方法和处理手段2.自动控制原理PID和系统建模姿态解算用到的常用数学方法和处理手段姿态有多种数学表示方式，常见的是四元数，欧拉角，矩阵和轴角。
他们各自有其自身的优点，在不同的领域使用不同的表示方式。
在四轴飞行器中使用到了四元数和欧拉角。
四元数是由爱尔兰数学家威廉·卢云·哈密顿在1843年发现的数学概念。
从明确地角度而言，四元数是复数的不可交换延伸。
如把四元数的集合考虑成多维实数空间的话，四元数就代表着一个四维空间，相对于复数为二维空间。
四元数大量用于电脑绘图（及相关的图像分析）上表示三维物件的旋转及方位。
四元数亦见于控制论、信号处理、姿态控制、物理和轨道力学，都是用来表示旋转和方位。
相对于另几种旋转表示法（矩阵，欧拉角，轴角），四元数具有某些方面的优势，如速度更快、提供平滑插值、有效避免万向锁问题、存储空间较小等等。
以上部分摘自维基百科-四元数。
莱昂哈德·欧拉用欧拉角来描述刚体在三维欧几里得空间的取向。
对于在三维空间里的一个参考系，任何坐标系的取向，都可以用三个欧拉角来表现。
参考系又称为实验室参考系，是静止不动的。
而坐标系则固定于刚体，随着刚体的旋转而旋转。
以上部分摘自维基百科-欧拉角。
下面我们通过图例来看看欧拉角是如何产生的，并且分别对应哪个角度。
姿态解算的核心在于旋转，一般旋转有4种表示方式：矩阵表示、欧拉角表示、轴角表示和四元数表示。
矩阵表示适合变换向量，欧拉角最直观，轴角表示则适合几何推导，而在组合旋转方面，四元数表示最佳。
因为姿态解算需要频繁组合旋转和用旋转变换向量，所以采用四元数保存组合姿态、辅以矩阵来变换向量的方案。
总结来说，在飞行器中，姿态解算中使用四元数来保存飞行器的姿态，包括旋转和方位。
在获得四元数之后，会将其转化为欧拉角，然后输入到姿态控制算法中。
基于stm32的四轴飞行器——开题报告
2拟采用的研究思路(研究方法、技术路线、可行性论证):
1．研究意义
四旋翼飞行器是一种体型较小、无人驾驶，能够在空中实现自主飞行并执行一定任务的飞行器。与普通飞机相比,它具有其结构简单成本低,便于维护和制造等优势。而且在军事领域可以实施战场侦查、目标定位、单位跟踪、电子干扰甚至火力支援等任务,极大地减少人员伤亡; 在民用和科技领域,可以进行重大灾害侦查、搜寻与救援工作;也可以安装多种探测设备用于火灾、虫灾监测和地质勘探中；还可以携带多种科学设备进行科学实验。
指导教师(签名）：年月日
7学生开题报告的评审意见（是否同意进入毕业论文或毕业设计撰写阶段):
教学系主任（签字）：年月日
测量数据处理：利用SＴM32F10３的高速运算速度,处理由6轴加速度传感器MＰＵ６０5０传送来的状态信息,通过数据运算处理，输出不同的PWM波形驱动高速马达带动旋翼高速旋转产生升力，采用数值运算的软件程序设计方法。使四轴飞行器可以实现稳定飞行。
第三步,后续改进完善的思路。
3.可行性论证
近年来,四旋翼飞行器技术已经趋于成熟,从提供动力的无刷电机驱动控制到四旋翼飞行器的平衡控制都有许多优良的算法，并且关键元器件的成本也越来越低，为我们研究飞行器提供了客观条件。
[1４]ﻩ王广雄.199２.控制系统设计[M].宇航出版社.
[15]ﻩ王彤.19９5.ＰＣ机在测量和控制中的应用[M].哈尔滨工业大学出版社.
［１６]ﻩKiaｍHｅong Ang,Gregｏｒy Chonｇ，StｕdeｎtMｅmｂer,ＩＥEＥ, andYunＬi，Meｍｂeｒ, IＥEＥ.ＰIＤCｏｎｔｒolSｙsｔemＡnalｙsis, Deｓign,and Tecｈnologｙ［J]．IEEE Traｎsactionsｏn Energy Coｎｖｅrsion,2005,13(4)：559~5７4．
四轴总结范文
四轴总结1. 什么是四轴飞行器？四轴飞行器是一种无人机，由四个电动马达驱动四个螺旋桨提供升力，实现飞行控制。
它是最简单、最常见的多旋翼飞行器类型之一。
2. 四轴结构四轴飞行器主要由以下几个组件构成：•机身框架（Frame）：通常是由轻质材料如碳纤维或铝合金制成，提供了安装电子元件和电动马达的支撑框架。
•电动马达（Motor）：四个电动马达分别安装在飞行器的四个角落，用来驱动螺旋桨提供升力。
通常使用无刷电机，具有高功率输出和高效能的特点。
•螺旋桨（Propeller）：四个螺旋桨与电动马达相连接，通过旋转提供升力。
螺旋桨的旋转速度和推力控制着飞行器的姿态和高度。
•飞行控制器（Flight Controller）：飞行控制器是四轴飞行器的大脑，负责接收来自传感器的数据，并通过对电动马达的控制来实现飞行器的稳定飞行。
•电子速调（ESC）：电子速调连接电动马达和飞行控制器，将控制信号传输给电动马达并调节电动马达的转速。
•电池（Battery）：提供飞行器所需的电能。
电池的容量和电压决定了飞行器的续航时间和飞行能力。
•无线遥控器（RC Transmitter）：通过无线信号与飞行器进行通信，控制飞行器的起飞、降落、姿态控制等操作。
3. 四轴飞行原理四轴飞行器借助传感器和飞行控制器实现飞行。
基本的飞行原理如下：1.姿态感知：飞行控制器通过加速度计和陀螺仪感知飞行器的姿态。
加速度计测量飞行器的加速度，以及地心引力在飞行器上的分量，从而确定飞行器的姿态。
陀螺仪测量飞行器在各个轴上的旋转速度。
2.姿态控制：飞行控制器根据姿态感知的数据，计算并调整电动马达的转速，使得飞行器保持平衡。
通过调整转速，飞行控制器可以控制飞行器的俯仰、横滚和偏航。
3.高度控制：飞行控制器使用气压计或超声波等传感器感知飞行器的高度，并通过调节电动马达的转速来控制飞行器的升降。
通过增加或减少升力，飞行器可以上升或下降。
4.遥控操作：无线遥控器发送无线信号给飞行器，控制其飞行。
四轴飞行器报告
四轴飞行器报告1. 前言四轴飞行器是一种无人机，由四个电动机驱动，具有稳定飞行的能力。
它在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
本报告将对四轴飞行器的结构、工作原理以及应用进行详细介绍。
2. 结构四轴飞行器主要由以下部件组成：•机架：提供了支撑和连接其他部件的框架结构，通常是以轻质材料如碳纤维制成。
•电动机：驱动飞行器飞行的关键部件，通常使用直流无刷电机。
•螺旋桨：由电动机驱动的旋转桨叶，用于产生升力和推力。
•电调：控制电动机的转速和方向，从而控制飞行器的姿态。
•飞控系统：负责接收和处理来自传感器的数据，计算飞行器的姿态和控制指令。
•电池：提供能量给电动机和其他电子设备。
3. 工作原理四轴飞行器的飞行原理基于牛顿第二定律。
通过调整四个电动机的转速和方向，可以控制飞行器的姿态和运动。
飞行器的姿态包括横滚、俯仰和偏航。
通过增加相对转速，可以产生横滚和俯仰的力矩，从而使飞行器向相应方向倾斜。
飞行器倾斜后，电动机产生的升力也会有所改变，使得飞行器能够前进、后退或悬停。
飞行器的稳定性是通过飞控系统来保证的。
飞控系统通过接收来自加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的数据，计算飞行器的姿态和运动状态，并根据用户的控制输入调整电动机的转速和方向，以保持飞行器的稳定。
4. 应用四轴飞行器在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
在军事领域，四轴飞行器可以用于侦查、监视和目标跟踪。
由于其小型化、高机动性和隐蔽性，可以在不可接近的区域执行任务，提供重要的情报支持。
在民用领域，四轴飞行器可以用于航拍、物流和巡检等任务。
航拍业务能够提供高质量的航空影像，广泛用于地理信息和城市规划等领域。
同时，四轴飞行器还可以用于运送货物，解决最后一公里的配送问题。
此外，四轴飞行器还可以用于巡检任务，如电力线路、管道和建筑物的巡检，提高作业效率和安全性。
在娱乐领域，四轴飞行器常被用作遥控飞行器，供爱好者进行操控和竞赛。
爱好者可以通过多种方式定制飞行器的外观和性能，提升飞行器的性能和飞行体验。
创新创业结题报告范文
创新创业结题报告范文课题名称四轴飞行器系统的研究与制作项目编号项目性质应用型研究所在学部信息科学与工程学部年级专业 2021级自动化负责人联系电话主要成员一、项目完成情况及取得的成果：四轴飞行器系统一方面包括对四轴本身的垂直运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动、前后运动、侧向运动等6种基本运动状态的研究。
另一方面是建立一个以摄像头为传感器的定位系统，利用摄像头采集图像，然后将图像信息利用无线传输模块传输到PC上，PC对图像进行处理。
这样，系统不仅可以实现对四轴的实时定位，还可以实现利用系统内某物体的运动来控制系统外某物体的运动。
最后设计两种工作模式，一种工作模式是用遥控控制四轴运动，另一种工作模式是用定位系统中的物体控制摄像头运动。
二、对承担项目的自我评价及建议：1在前期准备期间，查阅了大量相关文献资料，做了充分的前期的调研工作;随后完成了系统总体结构分析与设计，对系统要实现的主要功能进行规定;项目实施过程中，严格按照规格说明书进行详细设计，逐步实现了并完善了系统功能;值得一提的是，在此次项目进行过程中，小组成员团结协作，充分讨论详细设计细节，体现出课题组成员具有较强的分析问题和解决问题能力，以及团队合作精神;2自项目开始实施起，项目小组成员各尽其责，通过近半年的学习与实验测试，提高了分析问题、解决问题的能力，创新能力得到了锻炼;3虽然基本完成了项目所要求功能，但仍有不足之处，遇到了很多问题曾经也调试过很长时间，今后在进行设计系统和详细设计时需要投入更多的精力以求使系统实现过程中更加流畅。
三、经费使用情况包括所有经费的支出情况，将作为报账依据。
调研活动需在研究报告中体现，购买图书需列出具体书目，其他材料费用需写明用途：支出科目金额元主要用途主控板440用于制作飞行控制板飞行器其他部件，包括电调，电机，遥控，电池等 780 组装四轴飞行器的必要部件摄像头OV76202个 220 摄像头定位系统的传感器无线传输模块60用于pc和摄像头定位系统的通信四、指导教师意见：签字：年月日五、专家组评价意见：专家签字：年月日六、学部审核意见：学部公章主管领导签名：年月日七、学院主管部门意见：公章：主管领导签名：年月日注：附有关论文、成果实物照片及证明材料等。
四轴飞行器报告(中级篇)
四轴飞行器报告(中级篇)姓名: 阿力木江艾合买提江高瞻完成日期: 2014年11月10日星期一报告内容1.软件架构及其思想2.模块选用及配型软件架构及其思想定时器4里面的任务，是整个飞机的核心,定时器3主要是配合上位机,用于调试测量任何一个处理器要正常运行后面的代码，首先必须得有一大段设备初始化的代码先运行，这些代码用于初始化处理器的内部时钟、中断优先级、I/O 口的输入输出方向等等，也就是为后续代码正常运行，做了一个环境配置准备。
飞行器的主控是Crotex-M3内核(STM32)，其实就是ARM架构发展到一定阶段的产物。
Crotex-M3还是ARM架构。
于是，对ARM的初始化，首先必须要做的就是系统时钟初始化，中断向量表初始化，中断优先级初始化，I/O方向初始化，如下：STM32内部模拟E E P ROM初始化→LE D初始化→延时函数初始化→蓝牙电源使能初始化→电机P WM输出初始化→电池电压AD初始化→IIC总线初始化→传感器初始化→P ID参数初始化→无线收发模块初始化为接受模式→开蓝牙→开定时器3→开定时器4。
.接下来，程序运行到while（1）,程序会一直停在这里，等待数据中断的到来。
在初始化代码段，我们说到初始化了两个定时器，一个定时器3，一个定时器4，这两个定时器都可以打断死循环w hile（1）。
定时器3用于广播机身姿态信息，定时器4用于更新遥控数据+机身姿态融合+P ID计算输出+P WM输出。
可以看到，定时器4里面任务的优先级明显要比定时器3实时性要求更高，所以。
中断优先级的顺序是：定时器4 > 串口中断 > 定时器3。
姿态更新频率为1000Hz，广播信息更新频率为1Hz。
可以看到定时器4的中断服务函数TIM4_IRQHandler()中，有个一Controler()。
而Controler()内部，DMP姿态输出→接收遥控器数据→接收串口数据→P ID计算+P WM输出,这些任务构成了Controler()函数。
毕业设计四旋翼飞行器
毕业设计四旋翼飞行器毕业设计四旋翼飞行器近年来，随着科技的不断发展，四旋翼飞行器成为了一个备受关注的话题。
无论是在军事领域还是民用领域，四旋翼飞行器都展现出了巨大的潜力和广阔的应用前景。
作为毕业设计的选题，四旋翼飞行器无疑是一个令人兴奋的选择。
首先，让我们来了解一下四旋翼飞行器的基本原理。
四旋翼飞行器是一种通过四个对称排列的螺旋桨产生升力，从而实现飞行的无人机。
它的优点在于灵活性高、悬停能力强、机动性好等。
这些特点使得四旋翼飞行器在航拍、勘测、救援等领域有着广泛的应用。
在设计四旋翼飞行器时，我们需要考虑多个方面。
首先是结构设计。
四旋翼飞行器的结构设计涉及到机身、螺旋桨、电机等多个部分。
合理的结构设计能够提高飞行器的稳定性和操控性。
其次是控制系统设计。
四旋翼飞行器的控制系统包括飞行控制器、遥控器等。
优秀的控制系统设计能够提高飞行器的飞行性能和安全性。
最后是能源供应设计。
四旋翼飞行器通常使用电池作为能源供应，因此需要考虑电池容量、充电时间等因素，以确保飞行器的续航能力。
在毕业设计中，我们可以选择不同的方向来进行研究。
一方面，我们可以研究四旋翼飞行器的稳定性和控制性能。
通过对控制算法的优化和飞行器结构的改进，提高飞行器的稳定性和操控性，使其能够在不同环境下完成各种任务。
另一方面，我们可以研究四旋翼飞行器的应用领域。
通过对不同应用领域的需求和特点的分析，设计出适应性强、功能多样的四旋翼飞行器，开拓新的应用市场。
当然，在进行毕业设计的过程中，我们也会面临一些挑战。
首先是技术挑战。
四旋翼飞行器涉及到多个学科的知识，如机械设计、电子技术、控制理论等。
我们需要充分利用所学知识，结合实践经验，解决技术上的问题。
其次是资源挑战。
进行四旋翼飞行器的设计和制作需要一定的资金和设备支持。
我们需要合理安排资源，确保毕业设计的顺利进行。
然而，面对挑战，我们更应该看到四旋翼飞行器的巨大潜力。
四旋翼飞行器不仅可以应用于军事、航拍等领域，还可以用于环境监测、物流配送等领域。
巡航四轴飞行器-硬件设计开题报告
2005年左右，真正稳定的多旋翼无人机自动控制器被制作出来。之前一直被各种技术瓶颈限制住的多旋翼飞行器突然出现在人们视野中，大家惊奇地发现居然有这样一种小巧、稳定、可垂直起降、机械结构简单的飞行器存在。一时间研究者趋之若鹜，纷纷开始多旋翼飞行器的研发和使用。2010年，法国Parrot公司发布了世界上首款流行的四旋翼飞行器AR.Drone[10]。作为一个高科技玩具，它的性能非常优秀：轻便、灵活、安全、控制简单，还能通过传感器悬停，用WIFI传送相机图像到手机上。
开题报告会
5
2017.3.8-2017.4.13
文献综述、外文翻译、及前期方案设计
6
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ17.4.14
中期检查
7
2017.4.15-2017.5.20
毕业设计本体设计、实现及测试，材料撰写
8
2017.5.21-2017.5.31
毕业设计完善、论文等过程材料撰写，查重等
9
2017.6.1-2017.6.6
[6]朱战霞,郑莉莉.无人机编队飞行控制器设计[J].飞行力学,2007,25(4):22-24.
[7]王立鼎,刘冲.微机电系统科学与技术发展趋势[J].大连理工大学学报,2000,
40(5):505-508.
[8]Ji X S, Wang S R.Application of the wavelet transformation in the MEMS
当前世界上主流的无人机，基本分为两大类：固定翼飞行器和旋翼飞行器。由于飞行器系统有稳定和不稳定、驱动完整和不完整的区分，固定翼让人控制难度相对不高；多旋翼控制难度相对而言较高，需要自动控制器来控制飞行器的姿态。相比于自动控制器，固定翼的自动控制器较好做，多旋翼的自动控制器比较难做。雪上加霜的是飞行器自动控制器通常需要惯性导航系统获取自身的姿态[2]，而在20世纪90年代以前，惯性导航系统一般是十几公斤“铁疙瘩”。人们发现，不管是用油机还是电机作为动力系统，多旋翼飞行器都难以承受载荷。同时，固定翼已经足够当时实际环境使用，所以没有人愿意多花功夫去研究多旋翼飞行器这个棘手的问题。随着时代发展，固定悬疑的缺点也越发明显。固定旋翼飞行器需要非常复杂的旋翼机械结构，这极大地增加了其设计制造难度和维护成本。在电子技术高度发达的今天,有必要设计一种新型飞行装置，依靠机载电子设备取代部分机械结构，在以不损失飞行器性能为前提下降低生产和维护成本。四旋翼飞行器[3]，又称为四轴飞行器是多旋翼飞行器中最简单最流行的一种。如上所述，机械结构非常简单，动力系统只需要电机直接连桨就行，最初的一段时间主要是学术研究人员研究四旋翼，并开发了专用的飞行控制系统体系。
四旋翼飞行器开题报告
四旋翼飞行器开题报告四旋翼飞行器开题报告摘要：四旋翼飞行器作为一种新兴的无人机技术，具有灵活性、稳定性和多功能性等优势，逐渐应用于农业、交通、环保等领域。
本开题报告将从四旋翼飞行器的原理、应用领域和市场前景等方面进行探讨，旨在为进一步研究和开发四旋翼飞行器提供理论基础和技术支持。
一、引言随着科技的不断进步和人们对无人机需求的增加，四旋翼飞行器作为一种新兴的无人机技术，受到了广泛关注。
四旋翼飞行器以其垂直起降、悬停稳定等特点，逐渐应用于农业、交通、环保等领域，并展现出巨大的市场潜力。
二、原理及结构四旋翼飞行器由四个独立的旋翼组成，每个旋翼都由电动机、螺旋桨和控制系统组成。
通过控制电机的转速和螺旋桨的角度，可以实现飞行器的升降、平稳悬停和转向等动作。
此外，四旋翼飞行器还配备了传感器、摄像头和通信设备等，以实现自主飞行和数据传输。
三、应用领域1. 农业领域：四旋翼飞行器可以搭载红外相机、多光谱相机等设备，用于农田的巡查、作物的监测和病虫害的防治。
通过无人机技术，可以及时发现农田问题，提高农作物的产量和质量。
2. 交通领域：四旋翼飞行器可以用于城市交通监管和物流配送。
通过无人机巡逻，可以监测道路交通情况，及时处理交通事故。
同时，无人机还可以用于快递和货物配送，提高交通效率和服务质量。
3. 环保领域：四旋翼飞行器可以用于环境监测和污染治理。
通过搭载气体传感器和摄像头等设备，无人机可以对大气、水质和土壤等环境进行监测和采样。
同时，无人机还可以用于清洁河道、喷洒农药等环境治理工作。
四、市场前景随着无人机技术的不断发展和成熟，四旋翼飞行器市场前景广阔。
根据市场研究机构的数据显示，全球四旋翼飞行器市场规模预计将在未来几年内保持高速增长。
特别是在农业、交通和环保等领域，四旋翼飞行器的需求将持续增加。
同时，随着技术的进步和成本的降低，四旋翼飞行器的应用范围也将不断扩大。
结论：四旋翼飞行器作为一种新兴的无人机技术，具有广泛的应用前景。
四轴飞行器设计(word文档良心出品)
编号：项目结题报告项目名称：项目负责人：学号：联系电话：电子邮箱：院系及专业：指导教师：职称：联系电话：电子邮箱：院系及专业：填表日期：年月日二、指导教师意见三、项目专家组意见四、项目成果四轴飞行器设计摘要四轴飞行器具备垂直起降飞行器的所有优点，又具备无人机的造价低、可重复性强以及事故代价低等特点，具有广阔的应用前景。
可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。
能够执行禁飞区巡逻和近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。
在民用方面可用于灾后搜救、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。
工业上可以用在安全巡检，大型化工现场、高压输电线、水坝、大桥和地震后山区等人工不容易到达空间进行安全任务检查与搜救工作，能够对执行区域进行航拍和成图等。
因此，四轴飞行器的研究意义重大。
本文主要讨论四轴飞行器的设计实现。
首先从历史的角度介绍小型四轴飞行器的发展以及研究成果，引入现代四轴飞行器的研究，以及运用现代控制理论进行的研究方法和所取得成果。
其次给出本项目所设计的四轴飞行器样机模型与飞行控制器电路设计。
着重从机械结构与飞行控制器硬件电路设计方面论述四轴飞行器的样机设计。
文中详细分析了机械结构设计中的选材以及元器件选型，实现了一个切实可用，能够满足应用研究的四轴飞行器样机模型。
一个稳定可用的样机模型是实现四轴飞行器的基础。
之后分析四轴飞行器的飞行控制原理，分析其飞行姿态原理。
对控制器中需要用到姿态角求解部分进行了详细论述。
姿态角的求解在整个四轴飞行器设计中也是核心内容之一。
通过软件设计实现飞行控制器方案。
最后对飞行器各性能指标进行考察，进行实地飞行、调试优化飞行器软件控制器设计关键词：四轴飞行器，飞行控制器，无人机。
一.课题背景1.1背景：四轴飞行器，一个陌生新奇的东西慢慢地走入我们小组的生活。
四轴飞行器现在是科学家想要完成突破的重要课题，但是不免遇到了很多实用性的技术难题，研究与实践应用之间还是有一定的距离的。
巡航四轴飞行器
杭州电子科技大学毕业设计（论文）开题报告题目巡航四轴飞行器-硬件设计学院__________________ 自动化________________专业__________________ 自动化________________姓名___________________ 邓毅_________________班级________________ 13062811 ___________学号________________ 13061121 ___________指导教师 __________________ 余善恩_________________一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.1 选题的背景及意义无人驾驶飞机 (unmannedaerial vehicle )简称“无人机” ，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。
无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。
与载人飞机相比，它具有体积小、结构简单、机械稳定性好、成本低廉等优点，现在已经被广泛应用到航拍、遥感绘测、森林防火、电力巡线、搜索及救援、影视广告等工业及商业用途。
同时，由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作[1]。
当前世界上主流的无人机，基本分为两大类：固定翼飞行器和旋翼飞行器。
由于飞行器系统有稳定和不稳定、驱动完整和不完整的区分，固定翼让人控制难度相对不高；多旋翼控制难度相对而言较高，需要自动控制器来控制飞行器的姿态。
相比于自动控制器，固定翼的自动控制器较好做，多旋翼的自动控制器比较难做。
雪上加霜的是飞行器自动控制器通常需要惯性导航系统获取自身的姿态[2]，而在20世纪90年代以前，惯性导航系统一般是十几公斤“铁疙瘩”。
人们发现，不管是用油机还是电机作为动力系统，多旋翼飞行器都难以承受载荷。
四轴无人机项目个人总结
3.如果使用游戏手柄或飞机手柄、键盘等控制飞行器。在这一步中要点击上位机上的“飞行控制”模块，在此过程中应确保上位机的“飞行控制”开关处于“off”的状态。
检查各控制通道的行程是否合理，更为重要的是，检查遥控器的中点是否为1500。如果不为1500，在程序中将中点改为你实际看到的值。（目前匿名四轴的上位机还没出现“中点校准”设置，其实可以将这个值也放到EEPROM里）因为匿名四轴的程序里严格规定了遥控器的中点为1500。（个人觉得在飞控程序里可以加一个死区，增强系统的鲁棒性，对传感器的波动误差不那么敏感。当然了，有很多学术狗为了发论文，把死区也改成模糊控制方法，无非就是换了个名词）
P.S.建议设置为115200，而不是更高的波特率，蓝牙里更高波特率容易引起通信误码。
③AT+NAMEANOTC\n\r(注意要有回车) 这句话的字符串可以分为“AT+NAME”和“ANOTC”两个部分，第一部分是指令，第二部分是自定义的模块名称，也就是主机和从机配对的关键，可以自行更改名字，但要保证主从机名称一致。
4.装上桨叶，将上位机的“飞行控制”开关拨至“on”的状态。
按照上面的硬件装置图装配好，将A桨和B桨设置正确以后，推动油门（thr）,每个桨叶产生的风力都应该是向下的，如果不是说明桨叶装配错了。
在这里要提一下，根据本人的经验，桨叶对飞行控制系统的影响是非常巨大的，建议新手测试时使用完好的桨叶来做。我平常在装配飞行器时，为了保障桨叶的重量，会用桨平衡器检测一下桨叶的两轴是否质量对称，如果不对称就给相应的地方贴胶带，这样才能保障飞行过程很平稳。另外，桨叶边缘有缺口或桨叶破损，都会对飞机有一定的影响。当你调节PID或飞控程序时，如果查不到问题可以从这方面想想。
在匿名四轴中，机身上的是蓝牙从机，每次上电后均重新配置了蓝牙从机。
四轴飞行器结题报告资料
制作人： 陈为丰 田雄雄 毛增闯
四轴飞行器摘要：
目前应用广泛的飞行器有：固定翼飞行器和
单轴的直升机。四轴飞行器是微型飞行器的其中一 种，也是一种智能机器人，它利用四个旋翼作为飞 行引擎来进行空中飞行，尺寸较小、重量较轻、且 飞行稳定。
优点：
1.机动性好，动作灵活，可以垂直起飞降落和悬停。 2.四轴飞行器的机械结构相对简单，无需尾桨抵消 反力矩，成本低，也使得我们独立完成设计成为了 可能。
第
一
板载下载
代
多余的元件
芯片
四
轴
封装太大
飞
行
器
实
物
图
解决办法 1.独立出FT2232D下载模块。
2.减小元器件封装 3.去除不必要的元件
改进之后的第二代四轴
具体设计过程
• AUTOCAD做外形设计 • Altium Designer进行PCB线路设计 • UG仿真整体外形
CAD外形设计
CAD导入PCB后线路图
通过控制四个螺旋桨，可以产生需
要的力矩。 具体：
同步增加0号和1号、减小2号和3号桨的功 率，可以在不改变推力的情况下，提供x轴 的力矩；同步增加1号和2号、减小0号和3 号桨的功率，可以在不改变推力的情况下， 提供y轴的力矩；同步增加1号和3号、减小 0号和2号桨的功率，可以在不改变推力的 情况下，提供z轴的力矩。
ห้องสมุดไป่ตู้
四轴飞行器原理：
螺旋桨旋转时，把空气对螺旋桨的压力在 向和侧向两个方向分解，得到两种力学效 应：推力和转矩。当四轴飞行器悬停时， 合外力为0，螺旋桨的推力用于抵消重力， 转矩则由成对的正桨反桨抵消。当飞行器 运动时，因为推力只能沿轴向，所以只能 通过倾斜姿态来提供水平的动力，控制运 动由控制姿态来间接实现。
四轴实验报告2
一、实验任务利用LM2596可调稳压电源，输出电压在3—4.5V之间，可调最大电流3A，控制小四轴飞行器升降。
二、实验目的1、掌握整流，稳压的电路结构及其原理；2、掌握LM2596可调稳压电源的原理和应用；3、理解四轴飞行器飞行原理以及直流电机的工作；4、锻炼焊接工艺。
三、实验基本原理1.LM2596可调电压电路，可获得+3.3V、+5V输出电压。
(1) LM2596系列是德州仪器（TI）生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。
利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。
提供的有：3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。
此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。
（2）LM2596系列开关稳压集成电路的主要特性如下：①输出电压：3.3V、5V、12V及（ADJ）等，最大输出电压37V②工作模式：低功耗/正常两种模式。
可外部控制③工作模式控制：TTL电平相容④所需外部组件：仅四个（不可调）；六个（可调）⑤器件保护：热关断及电流限制⑥封装形式：5脚（TO-220(T)； TO-263(S))（3）利用以下的公式来选择适当的电阻值：这里的VREF=1.23V R1选择1KΩ。
低阻值使敏感的反馈脚的噪声容限降到最小（选用精度为1%金属膜电阻，可以使温度系数降低，随时间的稳定度最好）。
因为输出调节范围的要求为3.3V—4.5V，且变位器阻值10KΩ，带入公式计算可知，需并联和串联3.3KΩ的电阻。
2.四轴飞行原理（1）垂直运动图（a）中，因有两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。
四轴飞行器论文
2014-2015年大学生创业新基金项目结题论文作品名称：用于作物生长监测的飞行机器人学院：工学院指导老师：孙磊申报者姓名（团队名称）：李家强、梁闪闪、谈姚勇二〇一五年五月目录摘要 (3)关键词 (3)引言 (3)多旋翼农用无人机的发展简史 (4)作品设计方案1.1 飞行器的结构框架和工作原理 (5)1.2 硬件选择 (6)1.3硬件电路设计1.3.1：主控模块 (7)1.3.2：姿态传感器模块 (8)1.3.3：电源模块 (9)1.4 软件系统设计1.4.1：总体设计 (9)1.4.2：姿态解算实现 (10)参考文献 (11)附件1：作品实物图 (12)附件2：原件清单 (13)附件3 电路原理图 (14)附件4 部分程序（遥控器） (15)关于作物成产检测的飞行机器人的研究报告作者：李家强、梁闪闪、谈姚勇指导老师：孙磊（安徽农业大学工学院合肥市长江西路130号 230036）摘要:四旋翼飞行器通过排布在十字形支架四个顶端的旋翼，产生气动力，控制飞行器的升降、倾斜、旋转等。
本文主要讨论四旋翼飞行器所选用的单片机类型，以及选用此款单片机的原因。
通过PWM技术来调节飞行器的飞行状态，以MPU-6050为惯性测量器件。
所形成的飞行控制系统使得飞行器能达到较平稳的飞行姿态。
整体采用无线遥控控制，无线频波为2.51GHZ。
关键词：四旋翼飞行器、作物检测、飞行时间、飞行距离Abstract:through four rotor aircraft configuration at the top of the cross-shaped bracket four rotor, aerodynamic force, control aircraft movements, tilt, rotation, etc. This article focuses on four rotor aircraft chooses the types of single chip microcomputer and choose this single chip microcomputer. Through the PWM technology to adjust the aircraft's flight status, inertial measurement device for MPU - 6050. Formed by makes the aircraft flight control system can achieve a smooth flight. Overall the wireless remote control, wireless 2.51 GHZ frequency wave. Keywords: four rotor aircraft, crop detection, time of flight, flight distance引言：随着我国的经济迅速发展，农业种植的规模化、机械化、信息化。
【实践】自制四轴飞行器中的问题及解决方案
【实践】自制四轴飞行器中的问题及解决方案你在愁你的四轴飞行器怎样调整pid都飞不起来吗？那就一定不是pid的。
我也苦苦调了三个星期，毫无进展，当发现了不是pid的问题并且改进了之后，我随便给了两个参数就飞起来了。
下面给出我的经验。
一个好的机构，应当由三部分构成：一个听话的执行单元，一个精准的测量单元，一个聪明的控制单元。
1、执行单元。
我的电机是直流无刷电机（新西达1000kv），用好盈30a电调控制，这种电调你只需给它一个1000-2000us（太大太小都不好）的脉冲信号就可以控制电机转速，只需给一次，它就可以一直转，改变的时候再给一次。
比如我的起飞速度就是大约1600us的脉冲。
需要注意的是，电调刚开始时需要给3s的低宽度脉冲用来给电调设置最低点。
听到滴滴两声之后就说明设置好了。
2、控制单元。
控制单元不是第三个吗？怎么放到第二个了。
因为不说pid后面没法说。
pid调节是控制论中十分经典的一种经典的控制方法，有时i可以不要，就比如说我的就没有i。
对于没有学过控制论的人pid怎么理解呢？举个例子，比如一个理想弹簧，你拽它一下，然后放开，它就会一直往复运动，p就是弹簧的弹性系数，p越大，弹簧的回复力就越大，抵抗拉的力也越强。
在飞机上，当我们检测到一边倾斜，就给它一个和角度成正比的回复力，就是给电机转速+p*pitch。
但是如果只有p呢，就像弹簧一样，一直晃啊晃。
那么我们把弹簧放进水里，水的阻力会使弹簧一段时间之后挺止，并且水的阻力和弹簧运动速度成正比，这就是d的作用。
在飞机上，当我们依靠陀螺仪侦测到飞机往一个方向旋转时，我们就加上一个抑制这种转动的力，即-d*w，w为角速度。
i为假如我们的弹簧变形了，我们加上一个力使我们的弹簧恢复原来的形状，我是手动调整了一下误差，没有通过d来调节。
3、测量单元。
我的问题出现在测量单元，同时我也相信绝大部分的人的问题都出现在测量单元。
我用的是陀螺仪是gy80，集成了adxl345加速度测量单元还有l3g420d角速度测量单元。
四旋翼飞行器的控制方法的探究
后记
我记得，自己编键盘控制的程序是我们遇到的最大的难 题之一，我们在学习labveiw事件结构中键盘事件如何使用遇 到了一些问题，让我们在这里停留了一段时间。当我们一起把 这个问题解决，看着四旋翼在前面随着键盘按键动起来那种成 就感——来源与我们的努力。
项目
活动次数 时间(_小时_分)
小组讨论 资料查阅 开题报告 外出调查 实验
结论与讨论
综合我们所研究以及讨论的结果，我们的结论是：dsfa
收获与成果
通过这一个学期以来的研究与学习，我们对 这个项目的兴趣越来越高也越来越热情。在面对 未知的内容时也不会手忙脚乱，而是想办法去学 习、理解。在这个过程中，我们不光研究了四旋 翼的控制方法、更加了解、熟练了labveiw，更让 我们在钻研精神和团队合作上有了很大提升。
研究方法和过程
1. 使用手机控制四旋翼，讨论探究其通讯方式、 四旋翼 上传感器的作用和 一些细节的数据
2. 试验使用不同版本的手机软件，对比控制程序 上细微的差距
示例程序（图）
3.学习示例程序结构上的每个部分，在明白示例程序之后开始 了使用该程序控制四旋翼
我们学习了解了事件结构、簇等……
图片……
8.完成了使用手柄控制四旋翼的程序，并试验。对这 种控制方式进行评测 9综合之前的研究成果讨论分析。
优点
控制方式
手机 鼠标 键盘 手柄
整个研究过程中，我们发现各种控制方式都或多 或少有一些延迟。并且返回来的图像的延迟尤其明显。
手机控制和我们所做的控制程序都是通过无线网 络（wlan）进行连接，所以我们怀疑图像延迟和控制 延迟可能与labveiw的执行效率有关。
4.对姿态传感器进行初步研究，但由于软件硬件问题，这 项并没有继续下去 5.讨论示例程序操控上和数据交互上的不足，并对程序进 行了小幅度的修改。（增加了Emegency事件、改变了一 些参数） 6.开始了编键盘控制四旋翼的程序。其中涉及到键盘代码 和labveiw事件结构中键盘事件的使用方法
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学校名称：队长姓名：队员姓名：指导教师姓名：2013年9月6日摘要本次比赛我们需要很好地控制飞行器，让它自主完成比赛应该完成的任务。
本文的工作主要针对微型四旋翼无人飞行器控制系统的设计与实现问题展开。
首先制作微型四旋翼无人飞行器实验平台，其次设计姿态检测算法，然后建立数学模型并设计姿态控制器和位置控制器，最后通过实验对本文设计的姿态控制器进行验证。
设计机型设计全部由小组成员设计并制作，部分元件从网上购得，运用RL78/G13作为主控芯片，自行设计算法对飞行器进行，升降，俯仰，横滚，偏航等姿态控制。
并可以自行起飞实现无人控制的自主四轴飞行器。
关键字：四旋翼无人飞行器、姿态控制、位置控制目录第1章设计任务.................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 研究背景与目的........................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.3...................................................................................................... 错误！未定义书签。
第2章方案论证.................................................................................... 错误！未定义书签。
2.1...................................................................................................... 错误！未定义书签。
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2.2........................................................................................................... 错误！未定义书签。
第3章理论分析与计算........................................................................ 错误！未定义书签。
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第4章测试结果与误差分析................................................................ 错误！未定义书签。
4.1...................................................................................................... 错误！未定义书签。
4.2...................................................................................................... 错误！未定义书签。
4.3...................................................................................................... 错误！未定义书签。
4.4.................................................................................................... 错误！未定义书签。
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第5章结论心得体会............................................................................ 错误！未定义书签。
5.1 .................................................................................................................. 错误！未定义书签。
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2设计任务：基本要求（1）四旋翼自主飞行器（下简称飞行器摆放在图1所示的A区，一键式启动飞行器起飞；飞向 B 区，在 B 区降落并停机；区降落并停机；飞行时间不大于45s 。
（2）飞行器摆放在B区，一键式启动飞行器起；飞向A区，在A区降落并停机；飞行时间不大于45s 。
发挥部分（1）飞行器摆放在A区，飞行器下面摆放一薄铁片，一键式启动，飞行器拾取薄铁片并起飞。
（2）飞行器携带薄铁片从示高线上方飞向B区，并在空中将薄铁片投放到B区；飞行器从示高线上方返回A区，在A区降落并停机。
（3）以上往返飞行时间不大于30s。
（4）其他。
3飞行器简介四旋翼结构被认为是一种最简单和最直观的稳定控制形式。
但由于这种形式必须同时协调控制四个旋翼的状态参数，这对驾驶员认为操纵来说是一件非常困难的事，所以该方案始终没有真正在大型直升机设计中被采用。
这里四旋翼飞行器重新考虑采用这种结构形式，主要是因为总距控制和周期变距控制虽然设计精巧，控制灵活，但其复杂的机械结构却使它无法再小型四旋翼飞行器设计中应用。
另外，四旋翼飞行器的旋翼效率相对很低，从单个旋翼上增加拉力的空间是非常有限的，所以采用多旋翼结构形式无疑是一种提高四旋翼飞行器负载能力的最有效手段之一。
至于四旋翼结构存在控制量较多的问题，则有望通过设计自动飞行控制系统来解决。
四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼 1 和旋翼 3 逆时针旋转，旋翼 2 和旋翼 4 顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。
4设计方案：四轴飞行器与普通的飞行器飞行原理不同，是通过调节四个电机，转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。
由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。
这里我们选用PID控制算法对四旋翼的四个螺旋桨的输出进行控制。
利用MPU-6050进行采集当前环境的三轴加速度，三轴角速度。
由MPU-6050的参数介绍可知：MPU-6050整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷。
通过此方案可以大大节省传感器所占用空间，及采集传感器单片机所用串口等，不过有优点同样存在缺点过小的体积采集大量的值，使采集精度不能保证，采集的数据采用iic双线总线与RL78/G13单片机进行通讯在短时间传输的数据量过大，若速度过大会使单片机因为处理速度不够而发生死机，复位等问题。
为此需要大量测试解决采集数据，处理数据，控制等时间的分配问题。
通过MPU6050采集的陀螺仪和加速度数据进行姿态控制使飞行器在有外部干扰的情况下依然保持四桨向上的的直立姿态保持飞行，这是算法所要达到的最终结果。
当系统运行后，先进行系统初始化，包括定时器、中断、串口、传感器的初始化。
传感器测量数据，经转化后读入程序中。
根据读入的数据计算出当前的飞行器姿态。
读取控制信号，并且计算出控制需要的目标姿态。
比较实际姿态与目标姿态，利用PD算法计算出每个电机的调整量，根据计算出的调整量来调整单片机的PWM模块，使PWM模块产生的PWM波的占空比发生变化，进而调整电机的转速，从而调整了飞行器的姿态。
系统通过以上的循环实现了对飞行器姿态的动态控制。
5四旋翼控制：四旋翼飞行器在空间共有 6 个自由度（分别沿 3 个坐标轴作平移和旋转动作），这6 个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。
基本运动状态分别是：（1）垂直运动；（2）俯仰运动；（3）滚转运动；（4）偏航运动；（5）前后运动；（6）侧向运动。
在图3.2 中，电机 1 和电机 3 作逆时针旋转，电机 2 和电机 4 作顺时针旋转，规定沿x 轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。
垂直运动：垂直运动相对来说比较容易。
在图中，因有两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z 轴的垂直运动。
当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。