四旋翼无人机毕业设计
电子设计大赛四旋翼设计报告最终版
四旋翼飞行器〔A 题〕参赛队号：20140057号四旋翼飞行器设计摘要：四旋翼作为一种具有构造特殊的旋转翼无人飞行器，与固定翼无人机相比，它具有体积小，垂直起降，具有很强的机动性，负载能力强，能快速、灵活的在各个方向进展机动，构造简单，易于控制，且能执行各种特殊、危险任务等特点。
因此在军用和民用领域具有广泛的应用前景如低空侦察、灾害现场监视与救援等。
多旋翼无人机飞行原理上比拟简单，但涉及的科技领域比拟广，从机体的优化设计、传感器算法、软件及控制系统的设计都需要高科技的支持。
四旋翼无人机的飞行控制技术是无人机研究的重点之一。
它使用直接力矩，实现六自由度〔位置与姿态〕控制，具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性。
此外，由于飞行过程中，微型飞行器同时受到多种物理效应的作用，还很容易受到气流等外部环境的干扰，模型准确性和传感器精度也将对控制器性能产生影响，这些都使得飞行控制系统的设计变得非常困难。
因此，研究既能准确控制飞行姿态，又具有较强抗干扰和环境自适应能力的姿态控制器是微小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究的当务之急。
一、引言：1.1 题目理解：四旋翼飞行器，顾名思义，其四只旋转的翅膀为飞行的动力来源。
四只旋转翼是无刷电机，因此对于无刷电机的控制调速系统对飞行器的飞行性能起着决定性的作用。
在本次大赛中，需要利用四旋翼飞行器平台，实现四旋翼的起飞，悬停，姿态控制，以及四旋翼和地面之间的测距等功能。
以往做的核心板较大，所需的电路较多，考虑到四轴飞行器的轻便，故而不太是一个很理想的选择。
方案二：主控板使用STM32。
STM32板子的I/O口很多，自带定时器和多路PWM，可以实现的功能较多，符合实验要求。
Stm32迷你板在体积和重量上也不是很大，对飞机的载重量要求不是很高。
综上所述，我们一致决定使用STM32 MMC10作为此次大学生电子竞赛的主控板。
2.2 飞行姿态的方案论证：方案一：十字飞行方式。
四轴的四个电机以十字的方式排列，*轴和y轴成直角，调整俯仰角和翻滚角的时候分开调整，角度融合简单，适合初学者，能明确头尾，飞行时机体动作精准，飞控起来也容易。
基于STM32的四旋翼无人机设计
基于STM32的四旋翼无人机设计无人机技术的发展已经逐渐成为科技领域的热门话题，而四旋翼无人机则是其中一种应用广泛的无人机类型。
它可以应用于农业、航拍、物流等各种领域，具有很大的市场潜力。
本文将介绍基于STM32的四旋翼无人机设计，讨论其硬件构架和软件系统，希望可以为无人机爱好者提供一些技术方面的参考和帮助。
一、硬件构架1. 电机和螺旋桨四旋翼无人机采用四个电机驱动四个螺旋桨来产生上升力和姿态控制。
选择合适的电机和螺旋桨对于无人机的飞行性能至关重要。
电机需要具备足够的功率和转速来推动螺旋桨产生足够的升力，并且要求响应速度快，可以方便地实现姿态控制。
螺旋桨的尺寸、材质和设计也需要仔细选择和匹配，以确保其具有良好的气动性能和结构强度。
在选用电机和螺旋桨时，还需要考虑整机的配比和平衡，以保证无人机的飞行平稳性和操控性。
2. 传感器系统无人机的传感器系统是其智能化和自主飞行的关键。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、罗盘、气压计等。
这些传感器可以实现无人机的姿态感知、空间定位和高度控制等功能，从而保证无人机的飞行稳定性和精准性。
在选择传感器时，需要考虑其精度、响应速度、通信接口和适应环境等因素，以保证传感器系统可以满足无人机的实际飞行需求。
3. 控制系统基于STM32的四旋翼无人机设计通常采用飞控主板来实现飞行控制和数据处理。
飞控主板集成了微处理器、传感器接口、无线通信模块等功能，可以实现无人机的自主控制和遥控操作。
在设计控制系统时，需要考虑飞行控制算法、通信协议、数据处理速度等因素。
飞控主板还可以通过扩展接口连接其他外围设备，如GPS模块、避障传感器、摄像头等，实现更丰富的功能和应用。
二、软件系统1. 飞行控制算法飞行控制算法是基于传感器数据和飞行器状态信息，实现对电机转速和螺旋桨姿态的智能控制。
常见的飞行控制算法包括PID控制、自适应控制、模糊控制等。
这些算法可以根据无人机的动力学特性和环境变化，实现稳定的姿态控制、高效的空间定位和精准的高度控制。
小型四旋翼低空无人飞行器综合设计
3、传感器应用
传感器技术在小型四旋翼低空无人飞行器中扮演着重要的角色。通过使用多种 传感器，可以实现飞行器的定位、导航、控制等功能。为了保证数据的准确性 和可靠性，需要对传感器进行定期校准和维护。
实验结果与分析
通过仿真实验，本次演示提出的混合控制方法取得了显著的实验效果。在轨迹 跟踪实验中，飞行器能够快速准确地跟踪给定的轨迹，具有良好的动态性能和 稳定性。此外，通过与单一控制方法的对比实验，本次演示提出的混合控制方 法在跟踪精度和稳定性方面均表现出明显的优势。
结论与展望
本次演示针对四旋翼无人飞行器的非线性控制问题，提出了一种基于鲁棒控制 和滑模控制的混合控制方法。通过仿真实验验证了该方法的有效性。然而，仍 然存在一些不足之处，例如对飞行器的动态特性分析不够准确、控制系统的实 时性有待提高等。
设计思路
1、总体设计
小型四旋翼低空无人飞行器主要由机身、旋翼、遥控器等部分组成。机身采用 轻量化材料制成，以减小飞行器的重量，便于携带；旋翼则由四个电机驱动， 以实现飞行器的稳定飞行；遥控器则用于控制飞行器的飞行轨迹和高度。
2、硬件设计
硬件配置是小型四旋翼低空无人飞行器的核心部分，主要包括电池、传感器、 遥控设备等。电池选用高容量、轻量化的锂离子电池，以延长飞行器的续航时 间；传感器则采用GPS、加速度计、陀螺仪等，以实现飞行器的定位、导航和 控制；遥控设备则选用2.4GHz遥控器，以实现遥控设备的无线传输。
小型四旋翼低空无人飞行器综 合设计
01 引言
03 参考内容
目录
四旋翼无人机设计与制作毕业论文
四旋翼无人机设计与制作毕业论文摘要：无人机作为一种重要的航空器，具有广泛的应用前景。
本论文以四旋翼无人机为研究对象，通过对其设计与制作的实践，在硬件和软件方面进行详细阐述。
主要包括无人机的结构设计、电路设计以及飞行控制系统的编程。
通过实际测试，验证了该无人机的飞行性能。
关键词：无人机、四旋翼、设计、制作、飞行控制系统第一章引言无人机是一种可以在没有人操控的情况下自主飞行的航空器。
其广泛应用于航拍、农业、交通、救援等领域。
四旋翼无人机作为一种应用广泛的无人机，具有结构简单、稳定性好的特点。
因此本论文以四旋翼无人机为研究对象，旨在通过具体的设计与制作过程探究其相关技术和原理。
第二章无人机的结构设计2.1无人机的基本组成部分2.2机身设计机身的设计要考虑到材料的轻量化和强度的要求。
一般使用轻质的碳纤维材料制作机身，同时增加机身的刚性，提高结构的强度和稳定性。
2.3电机和螺旋桨设计电机是驱动四旋翼无人机飞行的关键器件，其选型要根据负载和飞行需求来确定。
同时，螺旋桨的选择也要考虑到机身的尺寸和重量，以及飞行的稳定性。
第三章无人机的电路设计3.1电路原理图设计根据四旋翼无人机的功能要求，设计相应的电路原理图。
主要包括电源供给电路、电机驱动电路和飞行控制系统。
3.2电路板制作将电路原理图转化为实际的电路板，并通过蚀刻和钻孔等工艺制作出来。
可使用CAD软件进行设计，选择合适的印刷电路板材料，然后通过化学方法蚀刻出电路线路图。
第四章无人机的飞行控制系统的编程4.1控制算法设计无人机的飞行控制系统是其能够自主飞行的关键。
通过对四旋翼无人机的姿态控制、高度控制和速度控制等方面进行算法设计。
4.2编程实现基于设计出的控制算法，利用C语言等编程语言进行实际代码的编写。
通过传感器采集到的数据以及飞行控制系统的指令进行相应的处理，并将处理结果发送给无人机的执行机构（电机）。
第五章实验与结果分析通过将设计好的无人机进行实际测试，对其飞行性能进行验证。
四旋翼无人机设计
3 四旋翼无人机硬件系统设计 ......................................................................................... 9
3.1 微惯性组合系统传感器组成 ............................................................................... 9
3.1.1 MEMS 陀螺仪传感器................................................................................ 9
3.4.2 电机和电机驱动模块 ............................................................................. 12
3.4.3 机架和螺旋桨的选型 ............................................................................. 13
4.1.2 PID 控制算法设计 ................................................................................... 17
5 飞行器试验 ................................................................................................................... 19IIFra bibliotek目 录
四旋翼无人机设计
四旋翼无人机设计四旋翼无人机（Quadcopter）是一种由四个电动马达驱动的无人机，通过分别控制每个马达的转速和方向来实现悬停、飞行和转弯等动作。
四旋翼无人机在农业、电力巡检、安防监控以及航拍等领域有着广泛的应用。
下面将详细介绍四旋翼无人机的设计要点和主要部件。
在结构设计方面，四旋翼无人机的主要部件包括机架、电机、螺旋桨、电调和飞控。
机架通常采用轻质材料（如碳纤维）制成，具有重量轻、刚性强和抗冲击能力好的特点。
电机负责驱动螺旋桨旋转，通常使用无刷电机，其转速和电流特性需要与电调相匹配。
螺旋桨是产生升力的关键部件，选择合适长度和材质的螺旋桨可以提高飞行效率和稳定性。
电调则负责控制电机的转速和方向，将飞控发送的控制信号转化为电机的控制信号。
飞行控制系统设计则是四旋翼无人机最核心的部分。
飞控是指通过传感器、信号处理芯片和控制算法等组成的电子设备，用于检测和响应无人机的姿态、位置和运动状态。
常见的飞控系统有飞行控制器（Flight Controller）和惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU）。
飞行控制器是无人机的“大脑”，负责接收遥控器、GPS和其他传感器的信号，并发送控制指令给电机和电调。
IMU包括加速度计和陀螺仪，用于测量无人机的加速度和角速度，从而实现对姿态和运动的控制。
载荷系统设计根据应用需求而定，可以包括相机、传感器和机械臂等。
载荷系统需要与飞行控制系统进行数据交互，并能够通过控制指令实现相应的操作。
总之，四旋翼无人机的设计需要考虑结构、电力、飞行控制和载荷系统等多个方面。
合理选择和设计各个部件，同时优化飞行控制算法和传感器配置，可以提高无人机的性能和稳定性，实现更多的功能和应用。
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。
毕业设计论文四旋翼飞行器PID控制器的设计
第一章 四旋翼飞行器概述
1.1引言
目前国内外对飞行器的研究主要包括三种：固定翼、旋翼及扑翼式，四旋翼飞行器在布局形式上属于旋翼式的一种。国外早在上世纪初期就开始研究四旋翼飞行器。这种飞行器由军方率先研发并制造用于情报侦查等领域。很多科技企业、大学及研究所也研发并实现了自己的四旋翼飞行器。
目前，国内有很多致力于开源四旋翼飞行器研发的科技企业及技术团队，最受欢迎的有匿名科创开发的匿名四轴，圆点博士小四轴等。匿名四轴的控制方法主要是对姿态欧拉角进行控制，圆点博士小四轴主要是对姿态四元数进行控制，控制效果都很好。这给很多电子技术爱好者提供了丰富的学习资料。
国内有很多针对多旋翼飞行器的技术论坛，也有很多技术论坛专门开设了四旋翼飞行器讨论版块，汇聚了众多四旋翼飞行器的爱好者，提供了飞行器技术学习和提升的平台。
本设计主要介绍一种四旋翼飞行器的实现方案，以意法半导体公司生产的基于AMR Cortex-M3内核的STM32F103C8T6微型控制器作为计算控制单元，以Invensense公司生产的MPU6050作为惯性测量单元，整合飞行器姿态，以NRF24L01无线通信模块作为通信渠道，实现了上位机与下位机各项数据的实时传输，使用WFLY07遥控器实现了对四旋翼飞行器的无线遥控。本文详细介绍了四旋翼飞行器的飞行原理、硬件构造和软件设计，设计了一种PID控制器，实现了四轴飞行器的各项动作控制。
Yaw角为偏航角，如图，机体绕Z轴旋转产生原来XOZ面的夹角，为偏航角。
在＋模式下，A组螺旋桨与B组螺旋桨基本没有关系。实现基本的飞行动作只需调节一组螺旋桨的转速。当四个螺旋桨转速相同时，螺旋桨间的扭力矩相互抵消，实现飞行器姿态水平，如果增加螺旋桨的转速，可实现飞行器上升，下降等动作。当1、3号螺旋桨转速增加，而2、4号螺旋桨转速不变时，飞行器可以实现偏航。当1、3号螺旋桨转速不变，2号螺旋桨转速增加，4号螺旋桨转速减小，飞行器可实现横滚运动，即飞行器向左飞。当2、4号螺旋桨转速不变，1号螺旋桨转速增加，3号螺旋桨转速减小，飞行器可实现俯仰运动，即飞行器向前后飞。由此，可以想像飞行器在不同螺旋桨转速下的飞行动作。
四轴无人机毕业设计任务书
四轴无人机毕业设计任务书一、任务概述本毕业设计任务旨在开发一款四轴无人机，具备基本的飞行功能、遥控功能、图像传输功能和自主飞行功能。
设计要求充分考虑无人机的安全性、稳定性、可操作性和低成本，同时具备实际应用的可行性。
二、任务要求1. 无人机基本参数：•尺寸：最大展开尺寸不超过XX厘米×XX厘米×XX厘米；◦ 重量：最大起飞重量不超过XX千克；◦ 飞行时间：单次充电最大飞行时间不少于XX分钟；◦ 飞行速度：最大飞行速度不超过XX米/秒。
2. 无人机硬件系统：•飞行控制系统：包括加速度计、陀螺仪、GPS模块等传感器，以及相应的控制电路；◦ 电动机及驱动系统：提供足够的推力以实现飞行，并配备电子调速器（ESC）以控制电动机转速；◦ 电池及充电器：提供足够的能量以支持无人机飞行，并需具备保护电路以防止过充、过放和短路；◦ 遥控设备：包含遥控器、接收器等。
3. 无人机软件系统：•飞行控制软件：实现无人机的稳定飞行、遥控指令接收等功能；◦ 图像传输软件：实现无人机拍摄画面的实时传输；◦ 自主飞行软件：根据预设航线或GPS导航实现无人机的自主飞行。
4. 安全性能：•具备异常情况下的自动降落功能；◦ 配备紧急停飞开关，可在紧急情况下切断电源，使无人机立即停止运动。
5. 其他要求：* 设计文档齐全，包括硬件设计、软件设计、测试报告等；* 具备基本的地面测试和飞行测试，确保无人机性能达标。
三、时间安排与进度计划本毕业设计任务计划为期XX个月，具体时间安排与进度计划如下：1. 第1个月：进行市场调研和文献资料收集，确定设计方案，完成硬件选型和软件框架搭建；2. 第2-3个月：进行硬件电路设计和制作，包括飞行控制系统、电动机驱动系统、电池及充电器等；3. 第4-5个月：进行软件编程和调试，包括飞行控制软件、图像传输软件和自主飞行软件等；4. 第6-7个月：进行地面测试和初步飞行测试，对软硬件系统进行优化调整；5. 第8-9个月：进行更全面的飞行测试，包括在不同环境下的性能测试和安全性评估；6. 第10-11个月：整理设计文档，撰写毕业论文；7. 第12个月：进行毕业设计答辩。
四轴毕业设计
四轴毕业设计四轴毕业设计一、引言四轴毕业设计是一项极具挑战性的任务，它要求学生将理论知识与实践技能相结合，设计并制造出一架能够稳定飞行的四轴飞行器。
本文将探讨四轴毕业设计的重要性、设计过程中的关键问题以及可能的解决方案。
二、背景随着无人机技术的快速发展，四轴飞行器成为了热门的研究领域。
它具有灵活性高、操控性好等优点，被广泛应用于航拍、农业、救援等领域。
因此，通过参与四轴毕业设计，学生能够深入了解无人机的原理和设计过程，为未来从事相关工作打下坚实的基础。
三、设计过程1. 需求分析在开始设计之前，需要明确设计的目标和需求。
这包括飞行器的最大飞行高度、飞行时间、负载能力等。
通过分析需求，可以为后续的设计和测试提供指导。
2. 组件选择四轴飞行器的设计涉及到多个组件的选择，包括电机、电调、飞控、传感器等。
在选择组件时，需要考虑其性能、可靠性和兼容性。
同时，还需要注意组件的价格和供应渠道，以确保项目的可行性。
3. 结构设计四轴飞行器的结构设计是关键的一步。
它包括框架设计、螺旋桨安装、电池固定等。
设计师需要考虑飞行器的稳定性、重心位置以及对外界干扰的抵抗能力。
通过使用CAD软件进行三维建模和仿真，可以在设计阶段尽早发现问题并进行改进。
4. 控制系统设计四轴飞行器的控制系统是实现稳定飞行的关键。
它包括姿态控制、高度控制、位置控制等。
设计师需要选择合适的控制算法，并将其实现在飞控硬件上。
同时，还需要进行系统调试和参数优化，以提高飞行器的性能和稳定性。
5. 飞行测试设计完成后，需要进行飞行测试来验证设计的可行性和性能。
测试过程中，需要注意安全问题，并进行数据记录和分析。
根据测试结果，可以对设计进行改进和优化，以达到预期的飞行效果。
四、关键问题与解决方案1. 稳定性问题四轴飞行器的稳定性是设计中的一个重要问题。
通过使用加速度计、陀螺仪和气压计等传感器，可以实时检测飞行器的姿态和位置，从而进行控制调整。
此外，使用PID控制算法可以对姿态进行稳定控制。
微型四旋翼无人机控制系统设计与实现
微型四旋翼无人机控制系统设计与实现微型四旋翼无人机控制系统设计与实现一、引言随着无人机技术的快速发展，微型四旋翼无人机因其体积小、机动性强、操作简单等特点而备受关注。
本文将介绍微型四旋翼无人机的控制系统设计与实现，包括硬件结构设计、飞行控制算法、遥控器与无人机的通信以及飞行状态监测等方面的内容。
二、硬件设计微型四旋翼无人机的硬件结构由四个电机和相应的螺旋桨组成，同时还包括飞控、电池、传感器和通信模块等。
电机通过螺旋桨产生推力，控制无人机的飞行方向和姿态。
飞控是无人机的大脑，通过接受传感器数据并进行计算，控制电机输出相应的信号以实现飞行任务。
虽然整个系统设计较为复杂，但由于无人机体积小，所以硬件结构相对较简单。
三、飞行控制算法微型四旋翼无人机的飞行控制算法通常包括姿态控制和高度控制两部分。
姿态控制通过测量无人机的姿态角度，并计算出所需的姿态角度偏差，然后通过PID控制器调整电机的转速，从而实现姿态的稳定控制。
在姿态控制的基础上，高度控制通过测量无人机的高度，并计算出所需的高度偏差，然后通过PID控制器控制推力大小来调整飞行高度。
四、遥控器与无人机的通信遥控器是无人机和操作员之间的重要媒介，通过遥控器操作，操作员可以实现对无人机的遥控飞行。
遥控器通过无线通信方式与无人机进行数据的传输，包括指令的发送和无人机状态的接收。
在通信方面，常用的方式有无线电通信和蓝牙通信，通过指令的传输和接收，操作员可以实时了解无人机的状态，从而对无人机进行精确的操作和控制。
五、飞行状态监测飞行状态监测是无人机飞行过程中的重要环节，通过监测无人机的各项指标来实时反馈无人机的飞行状态。
常见的监测指标包括无人机的姿态角度、高度、速度、电池电量等，这些指标可以通过传感器的测量得到。
操作员通过监测无人机的飞行状态，可以及时调整飞行控制算法参数，以确保无人机的顺利飞行。
六、结论通过本文的介绍，我们对微型四旋翼无人机的控制系统设计与实现有了初步的了解。
四旋翼无人机设计
四旋翼无人机设计四旋翼自主飞行器是一种能够垂直起降、多旋翼式的飞行器，其通过自带电源驱动电机来提供动力。
它在总体布局上属于非共轴式碟形飞行器，与常规旋翼式飞行器相比，因其四只旋翼可相互抵消反扭力矩的优点，而不需要专门的反扭矩桨从而使其结构更为紧凑，能够产生更大的升力。
同时又因其具有灵活性高、要求的飞行空间小、能源利用率高、隐蔽性强以及安全性能高等优势，特别适合在近地面环境（如室内、城区和丛林等）中执行监视、侦查等任务，其在军事（电子战）和民用（通信、气象、灾害监测）方面都有很大的应用前景。
另外，新颖的外形、简单的结构、低廉的成本、卓越的性能及独特的飞行控制方式（通过控制四只旋翼的转速实现飞行控制）使其对广大科研人员具有很强的吸引力，成为国际上新的研究热点。
四旋翼飞行器按照四只旋翼和机架布置的方式其飞行控制平台（机架）可以分为十字模式和X模式。
X模式比十字模式灵活，但是对于姿态测量和控制的算法编程来说，十字模式较X模式简单，更容易实现。
X模式通过同时控制两对旋翼转速的大小来实现飞行控制及姿态的调整，而十字模式只要同时控制一对旋翼的转速就能实现相应的飞行动作。
十字模式容易操作，飞行平稳，综合考虑采用十字模式。
四旋翼自主飞行器是由安装在十字型刚性结构的四个电机作为驱动的飞行器。
控制器通过调节四个电机的转速使四个旋翼间出现特定的转速差从而实现飞行器的各种动作。
由于四旋翼自主飞行器是通过增大或减小四只旋翼的转速达到四个方向升力的变化进而控制飞行器的飞行姿态和位置的稳定，相对于传统的直升机少去了舵机调节平衡、控制方向，并且不用改变螺旋桨的桨距角，使得四旋翼自主飞行器更容易控制。
但是四旋翼自主飞行器有六个状态输出，即是一种六自由度的飞行器，而它却只有四个输入，是一个欠驱动系统。
也正是由于这个原因使得四旋翼自主飞行器非常适合在静态及准静态的条件下飞行。
四旋翼自主飞行器飞行控制系统由飞行控制器、各类测量传感器装置、驱动电机、被控对象（飞行器机体）等部分组成，如图1。
毕业设计论文——基于模糊PID算法的小型四旋翼无人飞行器控制系统设计
摘要四旋翼飞行器是一种四螺旋桨驱动的、可垂直起降的飞行器，这种结构被广泛用于微小型无人飞行器的设计，可以应用到航拍、考古、边境巡逻、反恐侦查等多个领域，具有重要的军用和民用价值。
四旋翼飞行器同时也具有欠驱动、多变量、强耦合、非线性和不确定等复杂特性，对其建模和控制是当今控制领域的难点和热点话题。
本次设计对小型四旋翼无人直升机的研究现状进行了细致、广泛的调研，综述了其主要分类、研究领域、关键技术和应用前景，然后针对圆点博士的四旋翼飞行器实际对象，对其建模方法和控制方案进行了初步的研究。
首先，针对四旋翼飞行器的动力学特性，根据欧拉定理以及牛顿定律建立四旋翼无人直升机的动力学模型，并且考虑了空气阻力、转动力矩对于桨叶的影响，建立了四旋翼飞行器的物理模型；根据实验数据和反复推算，建立系统的仿真状态方程；在Matlab环境下搭建了四旋翼飞行器的非线性模型。
选取四旋翼飞行器的姿态角作为控制对象，借助Matlab模糊工具箱设计了模糊PID控制器并依据专家经验编辑了相应的模糊规则；通过仿真和实时控制验证了控制方案的有效性，并在此控制方案下采集到了输入输出数据；利用单片机编写模糊PID算法控制程序，实现对圆点博士四旋翼飞行器实物的姿态控制。
本设计同时进行了Matlab仿真和实物控制设计，利用模糊PID算法，稳定有效的对四旋翼飞行器的姿态进行了控制。
关键词：四旋翼飞行器；模糊PID；姿态控制ⅠAbstractQuadrotor UA V is a four propeller driven, vertical take-off and landing aircraft, this structure is widely used in micro mini unmanned aerial vehicle design and can be applied to multiple areas of aerial, archaeology, border patrol, anti-terrorism investigation, has important military and civil value.Quadrotor UA V is a complicated characteristic of the complicated characteristics such as the less drive, the multi variable, the strong coupling, the nonlinear and the uncertainty, and the difficulty and the hot topic in the control field.Research status of the design of small quadrotor UA V were detailed and extensive research, summarized the main classification, research areas, key technology and application prospect of and according to Dr. dot quadrotor actual object, the modeling method and control scheme were preliminary study.First, for the dynamic characteristics of quadrotor UA V, dynamic model of quadrotor UA V is established according to the theorem of Euler and Newton's laws, and consider the air resistance and rotation torque for the effects of blade, the establishment of the physical model of the quadrotor UA V; root according to experimental data and repeated calculation, the establishment of system simulation equation of state; under the MATLAB environment built the nonlinear model of the quadrotor UA V Select the attitude of the quadrotor angle as the control object, with the help of matlab fuzzy toolbox to design the fuzzy PID controller and according to experience of experts to edit the corresponding fuzzy rules; through the simulation and real-time control verify the effectiveness of the control scheme, and this control scheme under the collection to the data input and output; written by SCM fuzzy PID control algorithm, dots, Quad rotor UA V real attitude control. The design of the Matlab simulation and the physical control design, the use of fuzzy PID algorithm, the stability of the four rotor aircraft attitude control.Keywords:Quadrotor UA V;F uzzy PID;Attitude controlⅡ目录摘要（中文） (Ⅰ)摘要（英文） (Ⅱ)第一章概述 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 四旋翼飞行器的研究现状 (2)1.3 四旋翼飞行器的关键技术 (5)1.3.1 数学模型 (6)1.3.2 控制算法 (6)1.3.3 电子技术 (6)1.3.4 动力与能源问题 (6)1.4 本文主要内容 (6)1.5本章小结 (7)第二章四旋翼飞行器的运动原理及数学模型 (7)2.1四旋翼飞行器简介 (7)2.2 四旋翼飞行器的运动原理 (8)2.2.1 四旋翼飞行器高度控制 (8)2.2.2 四旋翼飞行器俯仰角控制 (9)2.2.3 四旋翼飞行器横滚角控制 (9)2.2.4 四旋翼飞行器偏航角控制 (10)2.3四旋翼飞行器的数学模型 (11)2.3.1坐标系建立 (11)2.3.2基于牛顿-欧拉公式的四旋翼飞行器动力学模型 (12)2.4 本章小结 (15)第三章四旋翼飞行器姿态控制算法研究 (15)3.1模糊PID控制原理 (15)3.2 姿态稳定回路的模糊PID控制器设计 (16)3.2.1 构建模糊PID控制器步骤 (17)3.2.2 基于Matlab的姿态角控制算法的仿真 (22)3.3 本章小结 (25)第四章四旋翼飞行器飞行控制系统软件设计 (25)4.1 模糊PID控制算法流程图 (25)4.2 系统实验及结果分析 (26)4.3 本章小结 (27)第五章总结与展望 (28)5.1 总结 (28)5.2 展望 (28)参考文献 (28)第一章概述有史以来，人类一直有一个梦想，那就是可以像蓝天上自由翱翔的鸟儿一样。
无人机本科生毕业设计(论文)范文
无人机本科生毕业设计(论文)范文引言本文旨在介绍一份无人机本科生毕业设计的范文，以帮助其他学生理解如何撰写自己的毕业设计论文。
本文将介绍选题背景、目标与方法、实施过程和结果与讨论等内容。
选题背景无人机技术近年来得到了广泛的应用和研究。
该技术在航空、农业、物流等领域具有巨大的潜力。
本毕业设计旨在研究无人机在农业领域的应用，利用无人机进行农田巡视和植物病害检测，为农民提供精准的农田管理和植物保护方案。
目标与方法本研究的目标是设计并实现一套基于无人机的农田巡视和植物病害检测系统。
具体来说，将通过以下步骤实现目标：1. 调研和了解目前无人机农业应用的最新技术和方法。
2. 设计和制造一架适合农田巡视和植物病害检测的无人机。
3. 开发软件和算法，实现无人机的自主飞行、图像采集和数据分析等功能。
4. 进行农田巡视和植物病害检测的实地试验，对数据进行分析和评估系统性能。
实施过程本研究的实施过程分为以下几个步骤：1. 合理安排时间和资源，确保每个步骤顺利进行。
2. 针对每个步骤制定详细的计划，并提交给指导教师进行审查和指导。
3. 在制造无人机的过程中，遵循相关的安全规定，并保证无人机的质量和性能符合设计要求。
4. 针对软件和算法的开发，合理选择开发工具和平台，并进行有效的测试和调试。
5. 实地试验过程中，确保飞行安全，并收集准确的数据以供后续分析使用。
结果与讨论通过实施以上步骤，完成了一套基于无人机的农田巡视和植物病害检测系统的设计和开发。
通过实地试验，证明了该系统具有良好的性能和准确的数据分析能力。
然而，还存在一些改进的空间，如无人机飞行时间的延长和数据处理算法的优化等。
结论本毕业设计通过研究无人机在农田巡视和植物病害检测方面的应用，设计并实现了一套具有良好性能的系统。
本研究为农民提供了更精准的农田管理和植物保护方案，也为无人机在农业领域的应用提供了理论和实践的参考。
参考文献1. 无人机在农业领域的应用研究。
2. 无人机农田巡视和植物病害检测系统的设计与开发。
基于STM32的微型四旋翼无人机控制系统设计—软件设计
毕业设计(论文)开题报告题目：基于STM32的微型四旋翼无人机控制系统设计—软件设计院（系）电子信息工程学院专业电气工程及其自动化班级姓名学号导师2017年3月9日与国外相比，国内对四旋翼无人机的研究起步较晚，尚处于初步阶段。
主要有南京航空航天大学、北京航空航天大学、中国科学技术大学、哈尔滨工业大学、国防科学技术大学等高校的硕士研究生以及一些高新技术企业对四旋翼无人飞行器研究的比较多。
值得一提的是于2006年成立的深圳市大疆创新科技有限公司也一直致力于多旋翼无人机的研发创新，研发的主流产品线包括，Ace One系列工业无人直升机飞行控制系统及地面站控制系统，筋斗云系列多旋翼航拍飞行器，包含了高清数字图传的如来系列手持控制一体机等等。
如PHANTOM2VISIO+飞行器，它自带云台，可加载高清摄像机，采用三轴陀螺减震和GPS定点定高技术，飞行稳定、操作简单，又称为会飞的相机。
2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施四旋翼飞行器的控制系统由姿态测量系统、飞行控制系统组成。
姿态测量系参考文献[1]岳基隆.四旋翼无人机自适应控制方法研究[D].长沙:国防科学技术大学,2010.[2]王小莉.面向桥梁检测的四旋翼飞行器控制系统研究[D].重庆交通大学,2013,05[3]单海燕.四旋翼无人直升机飞行控制技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2008.[4]郭晓鸿.微型四旋翼无人机控制系统设计与实现[D].南京:南京航空航天大学,20 12.[5]庞庆霈.四旋翼飞行器设计与稳定控制研究[D].中国科学技术大学,2011.[6]庞庆霈,李家文,黄文号.四旋翼飞行器设计与平稳控制仿真研究[J].电光与控制,2012.[7]胡庆.基于STM32单片机的无人机飞行控制系统设计[D].南京:南京航空航天大学,2012.[8]胡飞.小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究与设计[D].上海:上海交通大学,2009.[9] Derrick Yeo, Ella M.Aerodynamic Sensing as Feedback for Ornithopter Flight Control. 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting,2011.[10]黄波.基于磁传感器阵列的微弱磁性目标定位的研究[D].武汉工程大学，2012.[11]蒋乐平.基于DSP的太阳能飞航飞行控制器研究[D].南昌航空大学,2012.[12]黄毅.某近程小型无人机飞行控制系统研究[D].南昌航空大学,2013.[13] Yasaman Saeedi, Robustness Analysis of a Simultaneously Stabilizing Controller: A Flight Control Case Study. AIAA 2011.[14]芦燊桑.无人机遥测遥控地面站系统研究[D].南昌航空大学,2012.[15]胡宁博，李剑，赵榉云.基于HMC5883的电子罗盘设计[J].传感器世界,2011,06:35-38[16] John M. Kearney, Ari Glezer. Aero-Effected Flight Control Using Distributed Active Bleed.41st AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, 2011:3099-3110.。
四旋翼无人机设计与制作毕业论文
四旋翼无人机设计与制作毕业论文标题：四旋翼无人机设计与制作摘要：随着无人机技术的发展与广泛应用，四旋翼无人机成为了目前市场上最常见的无人机之一、本论文对四旋翼无人机的设计与制作进行研究，并详细介绍了设计思路、飞行控制器选用、整体结构设计以及实际制作过程。
最终通过实验验证了设计方案的可行性与有效性，并对无人机的未来发展进行了展望。
一、引言无人机作为一种新兴的飞行器，广泛应用于军事、民航、航测等领域。
其中四旋翼无人机由于其结构简单、操作容易、机动性好而备受瞩目。
因此，设计与制作一台稳定、可靠的四旋翼无人机具有很高的现实意义。
二、设计思路本论文选择了X型四旋翼的结构，通过电机及相应的叶片产生协同作用，实现四旋翼的稳定飞行。
首先，确定无人机的使用目的，然后确定设计的主要指标，例如飞行时间、载荷能力等。
接下来，根据主要指标和材料性能选用相关部件，并进行整体结构设计。
三、飞行控制器选用飞行控制器是无人机的核心部件，起到飞行稳定性控制的作用。
在本论文中，采用了先进的飞控行业中广泛应用的飞控PX4、通过与传感器、执行器等硬件的连接，完成对无人机飞行状态的监测与控制。
四、整体结构设计通过根据飞行控制器的要求设计机身结构，保证传感器的稳定性与可靠性。
同时，根据载荷能力要求设计相应的云台结构，使无人机具有较大的灵活性，适应不同任务的需求。
在设计过程中，需要考虑重量分配和整体结构的强度，确保无人机的安全与稳定。
五、实际制作过程在制作过程中，根据设计方案拟定材料清单，并选择符合规格要求的电机、无人机螺旋桨、电子元器件等进行购买和组装。
然后，按照设计方案将各个部件进行装配，最后进行整体调试与测试。
六、实验验证通过对设计制作的四旋翼无人机进行实验验证，测试其飞行稳定性、载荷能力等性能指标。
结果显示，设计的无人机能够实现稳定、可靠的飞行，并具备较好的载荷能力，能满足实际工作的需求。
七、未来展望虽然本论文设计与制作的四旋翼无人机取得了较好的成果，但仍存在一些局限性，比如飞行时间短、控制精度有限等。
基于STM32的四旋翼无人机设计
基于STM32的四旋翼无人机设计无人机技术的快速发展已经成为当今科技领域中备受关注的焦点之一。
四旋翼无人机作为无人机产品中最为常见的一种，因其简单结构、灵活机动性与应用范围广泛，备受广大科技爱好者的青睐。
如今，无人机技术已经不再是专业领域的封闭产物，越来越多的DIY爱好者对无人机感兴趣，并希望通过自己的努力与天赋，完成一款符合自己理念与要求的四旋翼无人机。
本文将基于STM32单片机，为大家分享一种自制四旋翼无人机的设计思路与制作过程。
一、硬件部分1. 主控芯片选择STM32单片机因其高性能、低功耗等特点，被广泛应用于无人机的设计中。
在选择主控芯片时，需要根据实际的需求来确定具体型号。
对于一般的四旋翼无人机应用来说，STM32F4系列单片机已经能够满足要求，其高性能与丰富的外设资源能够满足飞控系统的需求。
2. 传感器部分四旋翼无人机需要搭载一系列的传感器来实现自身的姿态控制与导航功能。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、罗盘、气压计等。
这些传感器能够实时采集飞行姿态数据、高度信息等，为飞控系统提供重要的辅助数据。
3. 电调与电机电调是用来控制电机的转速与转向的设备，通常搭载在四旋翼无人机的主控板上。
电调与电机之间通过PWM信号进行通讯，控制飞机的姿态与运动。
在选择电调与电机时，需要考虑到其功率、效率以及与主控芯片的兼容性。
4. 结构部分四旋翼无人机的机身结构通常由碳纤维、铝合金等材料构成，其轻量、坚固与稳定的特性为飞行提供了重要的保障。
机身结构的设计与材料选择需要满足飞机的载荷需求与飞行稳定性的要求。
5. 通信模块无人机需要搭载可靠的通信模块，用于与遥控器、地面站等设备进行数据通讯与指令传输。
常见的通信模块包括蓝牙、Wi-Fi、LoRa等，需根据实际应用场景选择合适的通信模块。
1. 飞控程序飞控程序是四旋翼无人机中最为重要的部分之一，其编写负责实现飞行控制、导航功能、传感器数据处理等。
在基于STM32的飞控程序设计中，需要结合实际的传感器数据与飞行控制算法，编写相应的代码，并通过STM32的开发环境进行编译与烧录。
无人机专业毕业设计
无人机专业毕业设计一、引言随着科技的不断发展，无人机作为一种新兴的飞行器，已经在军事、民用等领域得到了广泛的应用。
无人机具有体积小、重量轻、成本低、机动性好等优点，逐渐成为了现代社会中不可或缺的一种工具。
因此，无人机专业的研究和开发具有重要的现实意义和广阔的发展前景。
本文主要介绍了无人机专业毕业设计的相关内容，包括设计目标、设计内容、设计方案、设计过程以及设计结果等。
通过对无人机专业毕业设计的深入研究，旨在为无人机领域的研究和发展提供一定的理论支持和技术指导。
二、设计目标本设计的主要目标是设计一款具有较高性能的无人机，能够满足军事、民用等领域的需求。
具体目标如下：1.设计一款具有较高飞行性能的无人机，包括较高的飞行速度、较大的飞行高度、较长的续航时间等。
2.设计一款具有较高稳定性的无人机，能够在各种复杂环境下稳定飞行。
3.设计一款具有较高操控性的无人机，能够实现远程操控和自主飞行。
4.设计一款具有较高安全性的无人机，能够在遇到异常情况时自动返航或者降落。
5.设计一款具有较高实用性的无人机，能够满足不同领域的需求。
三、设计内容本设计主要包括以下几个方面的内容：1.无人机的结构设计：根据设计目标，对无人机的整体结构进行设计，包括机身结构、机翼结构、尾翼结构等。
2.无人机的动力系统设计：选择合适的动力系统，包括发动机、电池等，以满足无人机的飞行性能需求。
3.无人机的控制系统设计：设计一套完善的控制系统，包括遥控器、飞控系统等，以实现无人机的操控性需求。
4.无人机的导航系统设计：设计一套高精度的导航系统，包括GPS、陀螺仪等，以实现无人机的稳定性需求。
5.无人机的安全系统设计：设计一套安全系统，包括防碰撞系统、自动返航系统等，以满足无人机的安全性需求。
四、设计方案本设计方案主要包括以下几个方面：1.采用四旋翼无人机作为基本构型，具有较高的稳定性和操控性。
2.选用高性能的电动机作为动力系统，具有较高的飞行性能。
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四旋翼无人机毕业设计目录摘要 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
Abstract ................................................................................................... 错误!未定义书签。
1绪论 .. (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2 国内外四旋翼飞行器的研究现状 (1)1.2.1国外四旋翼飞行器的研究现状 (1)1.2.2国内四旋翼飞行器的研究现状 (3)1.3 本文研究内容和方法 (4)2 四旋翼飞行器工作原理 (5)2.1 四旋翼飞行器的飞行原理 (5)2.2 四旋翼飞行器系统结构 (5)3 四旋翼飞行器硬件系统设计 (7)3.1 微惯性组合系统传感器组成 (7)3.1.1 MEMS陀螺仪传感器 (7)3.1.2 MEMS加速度计传感器 (7)3.1.3 三轴数字罗盘传感器 (8)3.2 姿态测量系统传感器选型 (8)3.3 电源系统设计 (10)3.4 其它硬件模块 (10)3.4.1 无线通信模块 (10)3.4.2 电机和电机驱动模块 (11)3.4.3 机架和螺旋桨的选型 (12)3.4.4 遥控控制模块 (13)4 四旋翼飞行器姿态参考系统设计 (15)4.1 姿态参考系统原理 (15)4.2 传感器信号处理 (16)4.2.1 加速度传感器信号处理 (16)4.2.2 陀螺仪信号处理 (16)4.2.3 电子罗盘信号处理 (17)4.3 坐标系 (17)4.4 姿态角定义 (18)4.5 四元数姿态解算算法 (19)4.6 校准载体航向角 (27)5 四旋翼飞行器系统软件设计 (29)5.1 系统程序设计 (29)5.1.1 姿态参考系统软件设计 (29)5.1.2 PID控制算法设计 (30)结论 (32)参考文献 (33)1绪论1.1研究背景及意义随着MEMS传感器、无刷电机、单片机以及锂电池技术的发展，四旋翼飞行器现在已经成为航模界的后起之秀。
与固定翼飞行器相比之下四旋翼飞行器具有结构简单，控制起来非常方便，能够垂直起降，成本非常的低、稳定性也高，机动性非常强等特点。
在民用可以代替有人机完成一些任务，在军事上有很强的战场生存能力。
因此在这些领域应用广泛，如军事侦查、农林业调查、灾害检测、输电线巡查、玩具航模、航拍、气象探测等。
四旋翼飞行器的飞行原理虽然简单，但是涉及到的知识面非常的广[1]，从机体结构的设计、传感器滤波算法、控制系统的设计和软件的设计都需要理论的支持。
本次设计针对四旋翼飞行器姿态控制系统进行更深入的研究，它的研究将推动中国四旋翼飞行器的研究发展，为四旋翼飞行器在环境保护、气象、火灾、侦查追踪等民用和军用领域实现产业化作出突出贡献。
廉价并且高性能的飞行器的研究将会拥有巨大的经济效益，能够对我国的科研事业起到巨大的推动作用。
1.2 国内外四旋翼飞行器的研究现状1.2.1国外四旋翼飞行器的研究现状目前国外四旋翼飞行器的研究也是主要集中在飞行器姿态控制系统的新的理论的研究,比如：神经元网络控制算法、模糊自适应控制算法等。
国外还在四旋翼飞行器的自主飞行以及多机协同运作等方面有很多研究。
下面对一些四旋翼飞行器进行简单的介绍：首先非常具有代表性的是美国Draganflyer公司研发出来的Draganflyer系列四旋翼飞行器[2]，如图1.1所示。
这种四旋翼飞行器主要使用碳纤材料制作，因其载重能力强能携带高清摄像机，因此主要用途为航拍。
另外还有Parrot公司研发的AR.Drone 飞行器也是非常具有代表性，如图1.2所示。
AR.Drone可以用手机远程控制，使用MEMS高精度姿态传感器，并且配备多种传感器和摄像头，使AR.Drone可以非常轻松地进行飞行任务[3]。
德国在四旋翼飞行器研究方面也具有较高的水平，德国的MicroDrones公司推出的一款四旋翼飞行器MD4-200[4]，如图1.3所示。
该型号飞行器采用全碳纤工艺制作，负载能力强，而且非常省电。
该型号飞行器配备有GPS卫星导航系统和摄像设备，能够很轻松的在室内和室外执行航拍任务。
图1.1 DraganflyerX4四旋翼飞行器图 1.2 AR.Drone飞行器现在许多科研院所已开始开展四旋翼飞行器相关科研项目，主要是针对四旋翼飞行器系统建模的研究和四旋翼飞行器飞行功能的实现。
美国宾夕法尼亚大学GRASP 实验室设计出了一种能够编队飞行的四旋翼无人机飞行器，在这些飞行器上都安装有光源，通过安装在室内墙壁上的摄像头设备进行拍摄，从而确定飞行器的空间位置并且对其进行编队飞行控制操作，如图1.4所示。
麻省理工学院设计的一款可以在室内进行地图测绘，定位和壁障的四旋翼无人飞行器系统，该系统通过激光雷达对周围环境进行测量，而且能够自动生成三维地图数据，并且根据周围的环境进行自主壁障和飞行路径规划，可以用于为危险环境的探测和搜救，如图1.5所示。
图 1.3 德国MD4-200四旋翼飞行器图1.4 宾夕法尼亚大学四旋翼编队飞行1.2.2国内四旋翼飞行器的研究现状现今四旋翼飞行器的研究在国内逐渐发展壮大并且已经形成产业。
目前国内己经有许多公司(如Dj大疆公司)将四旋翼飞行器应用于商业化，如图1.6所示。
图 1.5 麻省理工学院四旋翼飞行器图1.6 大疆四旋翼飞行器目前对四旋翼飞行器的研究主要集中在以下几个方面：(1)四旋翼飞行器的姿态控制。
四旋翼飞行器研究的最主要技术难点在于对飞行姿态的控制。
因其旋翼多，因此四旋翼飞行器比传统的直升机控制起来复杂。
目前该领域的研究方向主要集中在飞行器的数学建模、控制算法和滤波算法。
目前主要的研究算法有刚体旋转理论、非线性滤波法、四元数、捷联惯导算法、PID控制算法、模糊自适应控制等。
(2)适合于四旋翼飞行器的新的传感器技术的发展，国内外逐渐出现了通用的整合于一体的传感器模块，例如MPU6050传感器就是把加速度计和陀螺仪集成在一起。
(3)电机和电池领域的发展。
近些年来，无刷电机和空心杯电机的进一步普及和应用于四旋翼飞行器上，四旋翼飞行器的动力得到了很大程度的提高。
锂电池和燃料电池的出现和应用大大增加了飞行器的续航能力。
(4)GPS的发展。
随着卫星定位技术的发展壮大，GPS也逐渐应用于旋翼飞行器，人们可以不用害怕飞行器故障之后会不会找不到，因为我们可以用GPS进行卫星定位，而且还可以设置航点，实现飞行器的自主飞行。
(5)无线传输模块的发展。
现如今无线传输可以应用的范围越来越广泛，蓝牙、WIFI等无线传输方式越来越被普遍应用到飞行器上，从而实现手机的遥控控制。
1.3 本文研究内容和方法本文研究基于MEMS传感器的姿态参考系统，通过对姿态测量传感器数据的分析，设计出了有效去噪的滤波方法；通过大量的查找资料对姿态解算算法和数据融合算法有了更深的理解，最后应用于设计的飞行控制器上实现了姿态角的测量。
最后通过大量的实验验证了它们的准确性，实验数据和曲线验证了该姿态参考系统能够稳定的工作，具有很好地工作性能。
本文一共分为五章，主要内容安排如下：第一章绪论部分主要介绍了该项目的研究背景及意义、四旋翼飞行器在国内外的研究现状和发展趋势。
第二章主要介绍了四旋翼飞行器的飞行原理和系统结构框架。
第三章详细介绍了四旋翼无人机控制系统的硬件设计的工作。
介绍了MEMS传感器的原理、特性和型号的选择和硬件电路图。
飞行器控制芯片选择STM32，外围电路包括有姿态测量系统、电源模块、无线通讯、串口通讯、电机驱动、遥控器控制电路、GPS模块。
第四章说明了姿态参考系统的核心算法----捷联惯性导航算法的研究和实现过程。
第五章针对软件实现部分进行了介绍，给出了编程的软件流程图和串级PID控制和定高控制方法。
最后对本次设计进行了总结，提出了不足之处并对今后的研究工作进行了展望。
2 四旋翼飞行器工作原理2.1 四旋翼飞行器的飞行原理四旋翼飞行器有两种模式，也就是X 字模式（如图2.1所示）和十字模式（如图2.2所示）。
其实这两种模式差别不大，到X 模式使用广泛，因此我们采用X 字模式。
四旋翼飞行器的四个电机对称分布在各个轴上，并且同一条轴线上电机的旋转方向要保证相同，相邻的电机旋转方向相反[5]。
如果电机1、 3按照逆时针方向旋转的话，电机2 、4就要按照顺时针方向旋转，这样做为了克服反扭矩的影响。
我们要通过控制4个电机的转速来完成飞行器俯仰、横滚、偏航等动作。
图 2.1 X 型四旋翼飞行器模型 图 2.2 十字型四旋翼飞行器模型2.2 四旋翼飞行器系统结构四旋翼无人机采用模块化设计，如图2.3所示。
分别由控制模块、姿态测量系统、电源供电系统、无线通信模块、GPS 卫星定位系统、遥控器控制模块、电机驱动模块、串口通信模块、地面站系统。
四旋翼飞行器控制器的核心任务是姿态的测量，它的作用是为飞行器控制系统提供实时、精确的飞行状态测量数据。
常见的四旋翼飞行器人们大多是采用基于MEMS 传感器来测量飞行器姿态数据[6]。
但是这些初始的传感器数据并不能直接应用于姿态解算，需要对传感器数据进行滤波处理，并且需要对陀螺仪漂移问题进行实时的数据补偿，这样做能够有效提高飞行器姿态测量精度，确保控制系统的姿态角的准确性和稳定性。
图 2.3 四旋翼飞行器系统结构框架四旋翼飞行器的主控板选择的是意法半导体公司生产的STM32f103zet芯片，STM32系列的单片机是基于Cortex-M3内核的处理器，功耗低，处理速度非常快，最高工作频率可达72MHz，7通道DMA控制器，支持定时器、ADC、SPI、IIC、USART 等外设，多达112个I/O口，8个Timer定时器，5个串行USART接口，3个SPI 接口，2个IIC接口[7]。
电源模块采用11.1V锂电池外部供电，连接电子调速器为控制器提供5V电压。
控制器上还有3.3V稳压芯片，为控制芯片供电。
遥控器控制模块，控制器对遥控器数据进行捕获处理该部分我们通过对STM32定时器进行输入捕获配置，捕获接收机发出的PWM信号，把该信号转化成控制量在经过PID控制把输出量给四个电机，进而控制飞行器的动作。
GPS卫星定位导航系统，配合上位机在上位机上输入一些GPS坐标点，控制系统就会自动生成航线，并且能够从GPS系统中读取定位数据[8]，并且与存储的定位坐标做实时的对比，然后修正航线，将定位坐标显示在上位机上，处理并显示当前位置。
3 四旋翼飞行器硬件系统设计3.1 微惯性组合系统传感器组成3.1.1 MEMS陀螺仪传感器陀螺仪是一种能用来维持方向与角速度（获取角速度）的装置，设计原理是角动量守恒。