基于四旋翼无人机的电磁环境监测分析系统

在四旋翼无人机中，我国相关技术研究人员对电磁环境监测系统进行了全面分析，通过将电磁环境监测系统安装到四旋翼无人机平台上，并利用自主研发的监测管理软件以及电磁相关技术算法，自动对测量数据以及测量的结果进行全面分析。

【Abstract】In the four-rotor UA V，the monitoring system of electromagnetic environment has been comprehensively analyzed by the relevant technical researchers in China，and the monitoring system of electromagnetic environment has been installed on the platform of the four rotor UA V. Using the self-developed monitoring and management software and electromagnetic related technology algorithm，the automatic measurement data and measurement results are comprehensively analyzed.

标签：四旋翼无人机；电磁环境；监测系统

1 引言

无人机可对控制质量、地势环境、河流中的水资源以及农作物进行全面监测，并具备更加快速以及高效性。在四旋无人机的监测分析系统中，对于现场电磁环境以及根据计算机网络系统而言，对其进行数据分析，不过，对于地势较为复杂的山区以及信号较弱的地区，其监测能力也会有所降低。

2 监测控制软件分析研究

对于电磁环境监测分析系统而言，其主要的功能是对于电磁环境进行自动化全面的检测，并在监测数据的过程中，能够对检测数据做好相关记录，在此过程中，其主要的测量手段完全是根据电磁环境测量程序而实现的。不过，一般在测量的汇总过程中，测量系统基本暴露在空中，一旦对某较为复杂的地区进行测量时，工作人员将会无法对检测系统完全进行控制[1]。

电磁环境测量程序主要根据测量系统对其检测信号进行接收，并控制系统。对于电磁环境监测分析系统而言，需要根据不同的测试结构要求，在测量前，工作人员会对检测程序设置相应的参数，并在检测的过程中，对检测内各个部位之间的频率以及频率变动的幅值进行监测[2]。在对部分地区进行监测后，根据不同的测试数据测试频率以及频率之间的变动幅值进行明确记录，并将相应的时间记录下来。另外，在接收信号后，系统对该地区的部位坐标进行接收，将接收的信息添加到系统内部。并利用电磁环境测量程序，当无人机进行自动飞行监测时，一旦自动输入信号，并且无人机进入监测地区的范围时，其测量值达到阈值，则无人机中的检测系统将直接对监测数据进行收集，并对相应的监测数据进行储存，工作人员无须对系统进行传输指令，并对系统监测数据的储存进行接收。

3 电磁干扰定位算法以及在系统中的运行

四旋翼无人机毕业设计

渤海大学本科毕业论文（设计）四旋翼无人机设计与制作 The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle 学院（系）：专业：学号：学生姓名：入学年度：指导教师：完成日期：

摘要四旋翼无人机飞行器因为它的结构简单，而且控制起来也很方便，因此它成为了近几年来发展起来的热门产业。在这里本文详细的介绍了四旋翼飞行器的设计和制作的过程，其中包括了四旋翼无人机飞行器的飞行原理，硬件的介绍和选型，姿态参考算法的推导和实现，系统软件的具体实现。该四旋翼飞行器控制系统以STM32f103zet 单片机为核心，根据各个传感器的特点，采用不同的校正方法对各个传感器数据进行校正以及低通数字滤波处理，之后设计了互补滤波器对姿态进行最优估计，实现精确的姿态测量。最后结合GPS控制与姿态控制叠加进行PID控制四旋翼飞行器的四个电机，来达到实现各种飞行动作的目的。在制作四旋翼飞行器的过程中，进行了大量的调试并且与现有优秀算法做对比验证，最终设计出能够稳定飞行的四旋翼无人机飞行器。关键词：姿态传感器；四元数姿态解算；STM32微型处理器；数据融合；PID

The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle Abstract Quad-rotor unmanned aerial vehicle aircraft have a simple structure, and it is very easy to control, so it has become popular in recent years. Here article describes in detail the design and the process of making the four-rotor aircraft, including Quad-rotor UAV aircraft flight principle, hardware introduction and selection, implementation and realization of derivation attitude reference algorithm, the system software . The Quad-rotor aircraft control system STM32f103zet microcontroller core, and the advantages and disadvantages based on the accelerometer sensor, a gyro sensor and electronic compass sensors using different correction methods for correcting various sensor data and low-pass digital filter processing, after design complementary filter to estimate the optimal posture, precise attitude measurement. Finally, GPS control and attitude control PID control is superimposed four-rotor aircraft four motors to achieve a variety of flight maneuvers to achieve the purpose. Four-rotor aircraft in the production process, a lot of debugging and do comparison with the existing excellent algorithm validation, the final design to stabilize the Quad-rotor UAV flying aircraft. Key Words：MEMS Sensor; Quaternion; STM32 Processor; Data Fusion; PID

自写-六旋翼无人机发明实用新型专利撰写范例汇总

说明书摘要本实用新型公开一种六旋翼飞行系统，包括控制器和飞行器，所述控制器包括微处理器及分别与微处理器电连接的位置锁定装置、航姿测量装置、油门和航向以及高度调节装置，所述飞行器包括处理器、无刷电机及分别与处理器电连接的定高装置和电机调速装置，所述飞行器的无刷电机与电机调速装置电连接，所述控制器和飞行器上设有相互电连接的无线通信装置，所述控制器的无线通信装置与微处理器电连接，所述飞行器的无线通信装置与处理器电连接。本实用新型通过控制器和飞行器的相互配合工作，在一定程度上提高了六旋翼飞行系统的运行效率，为其它更多功能的拓展提供了基础。相比其它的飞行系统，此系统结构更简单，更容易实现，降低了普通用户对飞行器的控制难度。图1

权利要求书 1.一种六旋翼飞行系统，包括控制器和飞行器，所述控制器包括微处理器及分别与微处理器电连接的位置锁定装置、航姿测量装置、油门和航向以及高度调节装置，所述飞行器包括处理器、无刷电机及分别与处理器电连接的定高装置和电机调速装置，其特征在于，所述控制器和飞行器上设有相互电连接的无线通信装置，所述控制器的无线通信装置与微处理器电连接，所述飞行器的无线通信装置与处理器电连接，所述飞行器的无刷电机与电机调速装置电连接。 2.根据权利要求1所述的一种六旋翼飞行系统，其特征在于，所述位置锁定装置包括陀螺仪、加速度计和全球卫星定位系统（GPS）电路模块。 3.根据权利要求1所述的一种六旋翼飞行系统，其特征在于，所述航姿测量装置包括陀螺仪、加速度计、电子磁场计和温度传感器。 4.根据权利要求1所述的一种六旋翼飞行系统，其特征在于，所述航姿测量装置为三轴加速度陀螺仪传感器。 5.根据权利要求1所述的一种六旋翼飞行系统，其特征在于，所述定高装置包括超声波传感器和气压计传感器。

六旋翼农用无人机的设计

摘要本次设计主题为“六旋翼农用无人机模型设计”，结合我国当前农业机械化发展现状，通过对命题的分析得到了更加清晰开阔的设计思路，设计作品具有系统性、实用性和创新性。针对多旋翼农用无人机，本文确定了“六旋翼农用喷药、航拍功能无人机”的设计说明书，介绍了无人机的设计过程，主要通过概念性论述，经过对无人机结构研究、分析的整体把握，以结构、动力、控制三部分进行设计，并结合实际通过对多旋翼农用无人机设想进行结构改进、设计优化以提高设计的应用性，这种方法对类似产品的设计制造同样具有借鉴作用。设计方案包括无人机整体机架、喷药机构等，并给出了CAD设计图、整体装配图PRO/E等内容，确保无人机结构简单、适用灵活、便于普及、成本低廉等。关键词：六旋翼农用无人机模型;CAD;PRO/E

Abstract The design theme for the "six rotor UAV model design of agricultural", combining the current situation of agriculture mechanization development, through the analysis of the proposition of the design ideas more clearly open, design work is systematic, practical and innovative. For multi rotor agricultural UAV, the "design specification of six rotor agricultural spraying, aerial functional UAV", introduces the design process of UAV, mainly through the concept of exposition, according to the study, no machine structure analysis in whole, to structure, power, control three parts design, combined with the the actual rotor UAV based on agricultural ideas for optimization design of structure improvement, so as to improve the application of design, this method also has a good effect on the design and manufacture of similar products. Design includes the UAV the whole machine, spraying device, and gives the design drawings, the overall assembly drawing etc., ensure that the UAV has the advantages of simple structure, flexible application, convenient, low cost etc... Keywords: six rotor UAV model design of agricultural;CAD;PRO/E

四旋翼飞行器实验报告

实验报告课程名称：《机械原理课内实验》学生姓名：徐学腾学生学号：1416010122 所在学院：海洋信息工程学院专业：机械设计制造及其自动化报导教师：宫文峰 2016年6 月26 日

实验一四旋翼飞行器实验一、实验目的 1.通过对四旋翼无人机结构的分析，了解四旋翼无人机的基本结构、工作的原理和传动控制系统； 2. 练习采用手机控制终端来控制无人机飞行，并了解无人机飞行大赛的相关内容，及程序开发变为智能飞行无人机。二、实验设备和工具 1. Parrot公司AR.Drone 2.0四旋翼飞行器一架； 2. 苹果手机一部； 3. 蓝牙数据传输设备一套。 4. 自备铅笔、橡皮、草稿纸。三、实验内容 1、了解四旋翼无人机的基本结构； 2、了解四旋翼无人机的传动控制路线； 3、掌握四旋翼无人机的飞行控制的基本操作； 4、了解四旋翼无人机翻转动作的机理； 5、能根据指令控制无人机完成特定操作。四、实验步骤 1、学生自行用IPHONE手机下载并安装AR.FreeFlight四旋翼飞行器控制软件。 2、检查飞行器结构是否完好无损； 3、安装电沲并装好安全罩； 4、连接WIFI，打开手机AR.FreeFlight软件，进入控制界面； 5、软件启动，设备连通，即可飞行。 6、启动和停止由TAKE OFF 控制。五、注意事项 1.飞行器在同一时间只能由一部手机终端进行控制； 2. 飞行之前，要检查螺旋浆处是否有障碍物干涉； 3. 飞行之后禁止用手去接飞行器，以免螺旋浆损伤手部； 4. 电量不足时，不可强制启动飞行； 5. 翻转特技飞行时，要注意飞行器距地面高度大于4米以上； 6. 飞行器不得触水； 7. 飞行器最大续航时间10分钟。

基于多旋翼无人机平台的便携式空中训练模拟器设计

基于多旋翼无人机平台的便携式空中训练模拟器设计周一辉１,姚一伟１,周一强２ (１．中国电子科技集团公司第五十一研究所,上海２０１８０２;２．解放军３２０９０部队,河北秦皇岛０６６１００)摘要:舰载电子战装备存在因辐射源架设原因引起的反射二散射问题导致模拟作战训练困难的情况,难以对使用人员的技术水平和操作能力进行快速提升.设计了一款挂载在多旋翼无人机平台上的小型化训练模拟器,可在空中任意位置或任意轨迹遥控发射射频信号模拟训练目标,解决了模拟训练困难的问题.通过样机测试数据及相关试验效果验证了本设计的可行性,可有效提高使用人员的技术水平二操作能力. 关键词:电子战装备;训练模拟器;多旋翼无人机;技术水平中图分类号:T N ９７一一一一一一一一文献标识码:B 一一一一一一一文章编号:C N ３２Ｇ１４１３(２０１９)０３Ｇ０１０４Ｇ０４ D O I :１０．１６４２６/j ．c n k i ．j c d z d k ．２０１９．０３．０２３D e s i g no fP o r t a b l eA i rT r a i n i n g S i m u l a t o rB a s e do n M u l t i Ｇr o t o rU A VP l a t f o r m Z HO U H u i １,Y A O W e i １,Z HO U Q i a n g ２(１．T h e ５１s tR e s e a r c h I n s t i t u t e o fC E T C ,S h a n g h a i ２０１８０２,C h i n a ;２．U n i t ３２０９０o fP L A ,Q i n h u a n g d a o ０６６１００,C h i n a )A b s t r a c t :T h e p r o b l e m s o f r e f l e c t i o n a n d s c a t t e r i n g c a u s e d b y t h e e x e r t i o n o f r a d i a t i o n s o u r c e s e x i s t i n s h i p Ｇb o r n e e l e c t r o n i cw a r f a r ee q u i p m e n t ,w h i c h m a k e s i td i f f i c u l t t os i m u l a t ec o m b a t t r a i n i n g ,a n d i t i s d i f f i c u l t t o r a p i d l y i m p r o v e t h e t e c h n i c a l l e v e l a n d o p e r a t i o n a b i l i t y o f t h e u s e r s ．T h i s p a p e r d e s i g n s am i n i a t u r i z e d t r a i n i n g s i m u l a t o rm o u n t e do nm u l t i Ｇr o t o r u n m a n n e da e r i a l v e h i c l e (U A V )p l a t f o r m ,w h i c hc a nr e m o t e l y c o n t r o l st h er a d i of r e q u e n c y s i g n a l st r a n s m i s s i o nt os i m u l a t et h e t r a i n i n g t a r g e t s a t a n yp o s i t i o no r t r a j e c t o r y i n t h e s k y ,s oa s t os o l v e s t h ed i f f i c u l t y o f s i m u l a t i o n t r a i n i n g ．T h r o u g h t h e t e s t d a t a o f t h e p r o t o t y p e a n d t h e r e l a t i v e t e s t r e s u l t s ,t h e f e a s i b i l i t y o f t h e d e s i g n i s v e r i f i e d ,a n d t h e t e c h n i c a l l e v e l a n do p e r a t i o n a b i l i t y o f u s e r s c a nb e i m p r o v e d e f f e c t i v e l y ．K e y w o r d s :e l e c t r o n i cw a r f a r ee q u i p m e n t ;t r a i n i n g s i m u l a t o r ;m u l t i Ｇr o t o ru n m a n n e da e r i a l v e h i c l e ;t e c h n i c a l l e v e l 收稿日期:２０１９０５０７０一引一言电子战装备在战争中发挥着越来越重要的作用,电子信息装备数量日趋庞大,运用复杂,种类繁多[１],特别是雷达侦察设备的应用最为广泛[ ２].随着电子战装备的高频率使用,如何提高使用人员技术能力二操作水平,保障电子战装备性能完好,充分发挥装备的战斗力,是现下亟需解决的问题. 本文根据舰载电子战装备训练存在困难的情况,提出基于多旋翼无人机平台的便携式空中模拟训练器设计方案,可适用于舰载电子战装备的日常训练二试验验证等,达到提升使用人员的技术水平二充分发挥电子战装备战斗力的作用.１一需求分析１１一电子战装备训练情况舰载电子战装备进行训练一是依靠装备本身设计进行自检判断设备工作状态是否正常,二是使用射频注入法测试来检验装备的接收机二信号处理系２０１９年６月舰船电子对抗J u n ．２０１９第４２卷第３期S H I P B O A R DE L E C T R O N I CC O U N T E R M E A S U R E V o l ．４２N o ．３

四旋翼无人机毕业设计

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)

四旋翼无人机建模及其PID控制律设计

四旋翼无人机建模及其PID控制律设计时间：2012-10-27 来源：现代电子技术作者：吴成富，刘小齐，袁旭关键字：PID无人机建模摘要：文中对四旋翼无人机进行建模与控制。在建模时采用机理建模和实验测试相结合的方法，尤其是对电机和螺旋桨进行了详细的建模。首先对所建的模型应用PID进行了姿态角的控制。在此基础上又对各个方向上的速度进行了PlD 控制。然后在四旋翼飞机重心进行偏移的情况下进行PID控制，仿真结果表明PID控制律能有效的控制四旋翼无人机在重心偏移情况下的姿态角和速度。最后为了方便控制加入了控制逻辑。关键词：四旋翼；建模；PID；控制；重心偏移；控制逻辑四旋翼无人机是一种具有4个旋翼的飞行器，有X型分布和十字型分布2种。文中采用的是X型分布的四旋翼，四旋翼无人机只能通过改变旋翼的转速来实现各种运动。国外对四旋翼无人直升机的研究非常活跃。加拿大雷克海德大学的Tavebi和McGilvrav证明了使用四旋翼设计可以实现稳定的飞行。澳大利亚卧龙岗大学的McKerrow对Dragantlyer进行了精确的建模。目前国外四旋翼无人直升机的研究工作主要集中在以下3个方面：基于惯导的自主飞行、基于视觉的自主飞行和自主飞行器系统。而国内对四旋翼的研究主要有：西北工业大学、国防科技大学、南京航天航空大学、中国空空导弹研究院第27所、吉林大学、北京科技大学和哈工大等。大多数的研究方式是理论分析和计算机仿真，提出了很多控制算法。例如，针对无人机模型的不确定性和非线性设计的 DI／QFT(动态逆／定量反馈理论)控制器，国防科技大学提出的自抗扰控制器可以对小型四旋翼直升机实现姿态增稳控制，还有一些经典的方法比如PID控制等，但是都不能很好地控制四旋翼速度较大的情况。本文对四旋翼无人机设计了另外一种不同的控制方法即四旋翼的四元数控制律设计，仿真结果表明这种控制方法是一种有效的方法。尤其是对飞机的飞行速度较大的情况，其能稳定地控制四旋翼达到预期的效果。 1 四旋翼的模型文中所研究的四旋翼结构属于X型分布，即螺旋桨M1和M4与M2和M3关于X轴对称，螺旋桨M1和M2与M3和M4关于Y轴对称，如图1所示。对于四旋翼的模型本文主要根据四旋翼的物理机理进行物理建模，并做以下2条假设。

四旋翼无人机带机械臂的设计与研究

四旋翼无人机带机械臂的设计与研究发表时间：2018-06-06T15:23:16.953Z 来源：《科技新时代》2018年3期作者：鲍佳松[导读] 摘要：四旋翼无人机已经进入了众多的应用领域，在国家建设以及工程中扮演着越来越重要的角色。目前研究四旋翼无人机姿态及机身设计的文章较多，但是很少有带机械手臂的无人机。因此，本文采用了以往常见的无人机模型，摘要：四旋翼无人机已经进入了众多的应用领域，在国家建设以及工程中扮演着越来越重要的角色。目前研究四旋翼无人机姿态及机身设计的文章较多，但是很少有带机械手臂的无人机。因此，本文采用了以往常见的无人机模型，设计出机械手臂，既能保证无人机飞行过程的平稳性，而且保证抓取东西的快速、准确性。本文不仅设计了无人机的整体形态，而且选择了适合无人机飞行的硬件设施，为工程应用打下了基础。关键字：四旋翼飞行器；机械手臂；抓取；硬件设施一、前言目前，国内外研究无人机的人员越来越多，先进的无人机也层出不穷。但是大多数研究者只是关注于飞行姿态、飞行稳定性，而带有机械手的无人机则研究较少。在近年来，无人机不管是在飞行姿态、操纵系统、稳定性设计等都有长足发展，但是带有机械手的无人机动态操作等问题还比较突出。在设计研究当中，无人机加上先进的操纵手臂之后，不仅改变了飞行器的整体重量，而且对于飞行中的控制提出了较大问题。在无人机飞行过程中，抓取动作的准确性、稳定性是考虑的重要问题。比如说，无人机在告诉的飞行中，对于其飞行速度与飞行的时间要求比较高，这就要要求无人机能够快速、及时地抓住物体，而且有时还需要对目标进行监视，这样就会避免因为噪音而引起的注意。除此之外，无人机动态抓握功能可以扩展到实时栖息，这可以用来快速地躲避大风、通过减少悬停时间来提高续航时间。华北电力大学张虎[1]等在众多无人机研究的基础上，利用四旋翼飞行器作为基本结构，进行改进与创新，研究了一种飞滑式输电线巡检机器人，这种无人机结合了现有的四旋翼飞行器与巡线机器人优点的具有飞行与线上滑行巡检功能的机器人。Justin Thomas团队[2]在多年观察仿生机械的基础上设计研究了一种采用被动机制的机械手爪，这种手爪在抓取中能够不受外界环境的干扰，同时在垂直起飞和着陆系统中启用被动栖息的设计上采用了优化分析；Courtney E. Doyle团队[3]在多年针对放生机械研究的基础上，在无人机上加入了受到控制的附属物，使其能够高速地锁定对象并进行抓取。本文以无人机整体设计为核心，分别对无人机的控制系统、工作原理及控制做出介绍，合理选择适合无人机的硬件，对工程应用具有较大的指导价值。二、无人机总体设计 1.无人机控制系统组成在整个的无人机系统当中，系统通过无线电与地面实现通信。在四旋翼无人机下方设置机械手，通过舵机控制其运动[4-6]。操作人员可以在地面输入指令，进而控制飞行器的飞行状态。同时，控制器还可以控制机械手的动作，实现抓举、松开等动作 2.无人机飞行器工作原理四旋翼飞行器由四个螺旋桨驱动，螺旋桨分别有独立电机带动。在控制系统当中，旋转的力矩与平移动作实现了耦合。如果排除外界扰动，旋翼就能够产生与重力相等的升力，飞行器便处于悬停状态[7]。同时另外一组螺旋桨一个速度增大，一个速度减小就会产生俯仰和滚动的姿态；两组螺旋桨阻力矩的差异产生偏航姿态。 3.机械手控制机械手的控制是此次设计的关键。手爪的设计要顾及到飞行器的相对移动速度，这样就能够获得相应的载荷；同时要考虑到其栖息能力，适应不同的环境，能够在广泛的区域停留。 4.无人机整体效果图

四旋翼无人飞行器设计学习笔记

1、互补滤波算法互补滤波器作为一种频域滤波器，常用于融合来自不同传感器测量得到的数据。一般地，互补滤波器包含至少两种频率特性互补的输入信号。例如，对于陀螺仪和加速度计解算姿态这一双输入系统，两个输入量都能分别对姿态角进行解算，其中加速度计输入量包含高频，应通过低通滤波器来滤除；陀螺仪则包含低频噪声（积分漂移），应采用高频滤波器滤队。两者的频率特性互补，可用互补滤波思想进行姿态解算，最终输出较准确信号。 2、四元数表示姿态角运用互补滤波与卡尔曼滤波思想进行姿态整合的过程归根结底都是利用加速度计解算出的姿态角去修正陀螺仪积分的漂移误差. 这两种方法在姿态融合过程中姿态角的表示形式都是欧拉角表示.但是用欧拉角进行姿态解算在大角度计算时会出现万向节锁(角度为90度时加速度计进行姿态解算的反三解函数无解),为了避免该问题,可采用四元数来解算姿态. 四元数的优点： ·四元数不会存在欧拉角的万向节死锁的问题 ·四元数由4个数组成2个四元数之间更容易插值 ·对四元数规范化正交化计算更加容易 3、MPU6050 DMP内部四元数解算功能运动控制传感器MPU6050提供了DMP内部四元数解算功能，可以直接输出四元数数据。它除了提供三轴陀螺仪和三轴加速度计传感器的16位ADC信号采集功能之外，还集成了数字低通滤波器和数字运动处理DMP，可以直接输出经低通滤波处理和四元数姿态解算后的四元数数据。将该四元数转换为欧拉角，可以得到准确的俯仰角和橫滚角。 4、PID 控制

由自动控制原理可知，采用角速度反馈闭环控制可有效增加系统稳定性，因此，在进行状态角控制之前需设计姿态角速度增稳内环控制。同时，系统最终控制量为空间位置，因此需要增加外环位置控制。由此得到四轴飞行器俯仰角方向整体控制结构： 4.1、PID 控制比例控制指的是使用一个比例系数对输入量与期望量的差进行放大或缩小。不过单纯的比例控制会产生静态误差（误差不会收敛于0），所以这时要加入积分控制，对误差进行积分再乘以积分系数，误差累计越大积分控制的比重越大。其优点是可以消除静态误差；其缺点是不稳定，会使系统产生振荡。微分控制是预测系统的变化趋势。当输入的数据缓慢变化时微分项不起作用，当产生一个阶跃响应瞬间发生变化时，微分项发挥作用，做“超前控制”。 4.2串级PID 当将两个PID串联起来,用第一个PID的输出量作为第二个PID的输入量,第一个PID的期望量为期望达到的角度,第二个PID的期望量为此时该轴的角速度,角度环为1级PID为外环,角速度环为2级PID为内环串级PID较单级PID的优点是,作为内环的角速度由陀螺仪采集数据输出,采集值一般不存在受外界影响的情况,抗干扰能力强,并且角速度变化灵敏,当受外界干扰时,回复迅速,这样使四轴在飞行时抗干扰能力强,飞行更稳定. 4.3PID调试过程详解--P64

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）专班姓学导
电子信息工程学院
业电气工程及其自动化级名号师
2017 年 3 月 9 日

1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义） 1.1 题目背景微型无人机飞行器（MUAV，Mirco Unmanned Aerial Vehicle）是一种内置控制系统，可以远程操控实现自主飞行的设备。其类型包括固定翼微型飞行器、仿生扑翼微型飞行器及旋翼式微型飞行器。由于它具有隐蔽性强，低成本、低损耗、零伤亡、高机动性等优点，使其迅速从军事领域拓宽到农业、民用和科研等领域。在军事领域，因为具有零伤亡，战场生存能力强等特点，非常适合执行高危险和人类无法参与的任务。在民用上，他也可以代替载人机完成一些任务，比如救援搜索，灾情勘探，气象监测等。 MUAV 飞行性能主要包括，起飞着陆性能，姿态变换性能。而这些性能的优劣取决于核心部件--飞行控制系统。随着数字处理器处理速度和能力的不断提高，设计先进的控制系统已经是大势所趋。先进的飞行控制系统使微型无人机能在没有外界干预的情况下自主飞行，完成预先规定的任务。由于微型无人机身有限的负载能力和体积限制，现在的一些导航系统和飞行控制系统很难直接在微型无人机上使用，所以对微型无人机的飞行控制系统的研究意义重大！ 1.2 国内外相关研究情况国外对于四旋翼的研究非常的活跃，加拿大的雷克海德大学里面的相关研究人员很早就证明了采用四旋翼设计思路能够实现飞行器的稳定飞行，澳大利亚的卧龙岗大学相关研究人员已经对四旋翼有了精确的模型建立。各国研究人员也以此引发了一个四旋翼的研究热潮。下面对部分研究机构所设计的四旋翼做一个介绍 1）Microdrones MD4-1000 四旋翼无人飞行
MD4-1000 四旋翼无人机是由德国 MICRODRONES 公司生产，可垂直起降自动驾驶。机体云台都是采用特殊的碳纤维材料，机身重量轻、强度高，机臂可折叠，方便运输。姿态、高度以及航向参考系统集成了加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压高度计、温度计、湿度计等高精度传感器，相比 MD4-200，它的任务载荷大，抗风能力强，续航时间更长，姿态控制更加稳定。

机械毕业设计1085六旋翼农用无人机设计说明书

本科毕业设计题目：六旋翼农用无人机设计学院：工学院姓名：学号：专业：年级：指导教师：二零一四年五月

小型四旋翼无人机组机方案

小型四旋翼无人机组机方案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

一、小型四旋翼无人机总体架构典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。（一）机械部分机架考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。 1，底板 2，中间机架板 3，顶板整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）：

4，保护罩（二）动力部分（1）电机一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为。

飓风D2206 KV1900参数表飓风D2206 KV1900实物图（2）电子调速器电子调速器用于驱动无刷直流电机，比较重要的参数是工作电流，刷新频率，重量。一般而言，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于 400hz，符合要求。根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。

四旋翼无人机无刷直流电机调速系统设计

（二〇一年六月本科毕业设计说明书题目：四旋翼飞行器无刷直流调速系统设计学生姓名：学院：机械学院系别：专业：班级：指导教师：讲师

摘要最近这些年来，四轴飞行机在国家建设中发挥了越来越重要的作用。所以对于四轴飞行机的学习与设计有着至关重要的作用。四轴飞行机它的硬件这部分选取了STC15W4K48S4型号的单片机作为其控制的芯片，它的保密性能很强，而且具有很强的抵抗干扰的能力，并且其能耗较低，下载程序是经由串行口下载，方便快捷，其本身内部的储存器更方便程序的暂存。采用MPU6050做陀螺仪加速度计，MPU6050陀螺仪测量范围宽，测量精度高，做四轴飞行机的陀螺仪是再好不过的选择。采用NRF24L01蓝牙2.4GHZ 直插模块，本次选取的蓝牙模块功耗低，通信能力强。在研究四旋翼无人飞行器的结构与原理的设计中，我们通过牛顿力学还有刚体力学的结论这两个理论才建立了四旋翼无人飞行器它的数学模型，这样得设计就能够很有效的提升系统的性能。在通过四旋翼无人机的姿态的解算中，通过PID算法，解算欧拉角与四元素的数据，从而使飞行器飞行更加平稳，也可对其轨道进行规划，这样便可以实现自主飞行，而PID算法的可靠性与稳定性强。本次设计我们通过编写代码设计PID算法来实现对四旋翼无人飞行器软件的控制，从而可以实现各模块间的相互分工与合作。关键字：四旋翼无人飞行器；硬件设计；PID；欧拉角；飞行姿态

Abstract The four rotor unmanned aerial vehicle (UA Vs) has been playing an increasingly important role in national construction in recent years. The design and research of the four rotor unmanned aerial vehicle (UA V) is of great significance. The four rotor UA V hardware using STC15W4K48S4 microcontroller as the control chip, the strong confidentiality, and strong anti-interference ability, low power consumption, through the serial port to download the program, convenient storage, its internal procedures more convenient storage. Using MPU6050 as gyro accelerometer, MPU6050 gyroscope wide measurement range, high measurement accuracy, as the four rotor aircraft gyroscope is no better choice. Using NRF24L01 Bluetooth 2.4GHZ inline module, the selected Bluetooth module has low power consumption and strong communication ability. In the study of the structure and principle of the four rotor unmanned aerial vehicle (UA V), the mathematical model of the four rotor unmanned aerial vehicle (UA V) is established by using Newton mechanics and rigid body mechanics theory, so as to improve the reliability and stability of the system. In the four rotor UA V attitude algorithm, using PID algorithm, so as to make the aircraft more smoothly, but also the planning of its orbit, so that we can achieve autonomous flight, and the reliability and stability of the PID algorithm is strong. The design of the four rotor UA V software control, through the preparation of C language code to control each module, to achieve cooperation between the modules. Key words:four rotor unmanned aerial vehicle; hardware design; PID; Euler angle; flight attitude

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