2013国赛四旋翼飞行器论文 (2).
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目录摘要 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
Abstract ................................................................................................... 错误!未定义书签。
1绪论 .. (2)1.1研究背景及意义 (2)1.2 国内外四旋翼飞行器的研究现状 (2)1.2.1国外四旋翼飞行器的研究现状 (2)1.2.2国内四旋翼飞行器的研究现状 (4)1.3 本文研究内容和方法 (5)2 四旋翼飞行器工作原理 (7)2.1 四旋翼飞行器的飞行原理 (7)2.2 四旋翼飞行器系统结构 (7)3 四旋翼飞行器硬件系统设计 (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)3.1.2 MEMS加速度计传感器 (9)3.1.3 三轴数字罗盘传感器 (10)3.2 姿态测量系统传感器选型 (10)3.3 电源系统设计 (12)3.4 其它硬件模块 (12)3.4.1 无线通信模块 (12)3.4.2 电机和电机驱动模块 (13)3.4.3 机架和螺旋桨的选型 (14)3.4.4 遥控控制模块 (15)4 四旋翼飞行器姿态参考系统设计 (17)4.1 姿态参考系统原理 (17)4.2 传感器信号处理 (18)4.2.1 加速度传感器信号处理 (18)4.2.2 陀螺仪信号处理 (18)4.2.3 电子罗盘信号处理 (19)4.3 坐标系 (19)4.4 姿态角定义 (20)4.5 四元数姿态解算算法 (21)4.6 校准载体航向角 (29)5 四旋翼飞行器系统软件设计 (31)5.1 系统程序设计 (31)5.1.1 姿态参考系统软件设计 (31)5.1.2 PID控制算法设计 (32)结论 (34)参考文献 (35)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。
四轴飞行器设计毕业设计论文
目录第一部分设计任务与调研 (1)1研究背景 (1)2毕业设计的主要任务 (1)第二部分设计说明 (2)1理论分析 (2)2设计方案 (6)2.1 微控制器的选择 (6)2.2 无线模块的选择 (7)2.3 其他模块图片 (9)第三部分设计成果 (10)第四部分结束语 (11)第五部分致谢 (12)第六部分参考文献 (13)第一部分设计任务与调研1研究背景四轴飞行器具备VTOL(Vertical Take-Off and Landing，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。
2毕业设计的主要任务本设计基于Arduino平台的四轴飞行器，包括Arduino最小系统、传感器模块、供电模块、电机驱动模块、蓝牙通讯模块等部分组成。
通过Arduino最小系统采集各传感器模块的数据并进行分析，将处理结果送入电机驱动模块进行姿态调整，实现四轴平稳飞行，系统框图如下：图1 系统框图第二部分设计说明1理论分析设计一个基于Arduino开源硬件平台的最小系统板，采集传感器的数据，传递给主芯片，芯片通过具体算法得出数据调整翼动部分实现水平。
下面将分析一种常见的四轴飞行器姿态解算方法，Mahony的互补滤波法。
此法简单有效，先定义Kp，Ki，以及halfT 。
Kp，Ki，控制加速度计修正陀螺仪积分姿态的速度halfT ，姿态解算时间的一半。
此处解算姿态速度为500HZ，因此halfT 为0.001#define Kp 2.0f#define Ki 0.002f#define halfT 0.001f初始化四元数float q0 = 1, q1 = 0, q2 = 0, q3 = 0;定义姿态解算误差的积分float exInt = 0, eyInt = 0, ezInt = 0;以下为姿态解算函数。
全国电子设计大赛省一获奖论文-四旋翼
.学校统一编号:HLJ-B-学校名称：哈尔滨理工大学队长姓名：学生姓名：指导教师：时间：四旋翼自主飞行器摘要四旋翼的结构是一种比较简单和直观化的稳定控制性飞行器。
通过调节4个电机转速改变旋翼转速，改变升力的变化调整飞行器的姿态和位置。
四旋翼飞行器的动力来源是无刷直流电机，因此针对该类无刷直流电机的调速系统对飞行器的性能起着决定性的作用。
四旋翼的动力来源为无刷直流电机，采用单边pwm 的控制方式实现电机的调速，采用三段式启动方式实现电机的软启动。
用超声波传感器测距是四旋翼飞行器定高，采用ov7620摄像头循迹使飞行器从A区到B区。
通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究，得到相应的控制算法，然后编程实现，模拟相应的飞行姿态，实验结果表示四旋翼实现自主飞行、自主悬停控制。
关键词：四旋翼飞行器；无刷直流电机；PWMabstractThe structure of the four rotor is a relatively simple and intuitive stability controlling aircraft. By adjusting the four motor speed change the rotor speed, the change of lift change aircraft attitude and position. Four rotor aircraft power source is brushless dc motor, so for this class of brushless dc motor speed control system plays a decisive role on the performance of the aircraft. Four rotor power source for the brushless dc motor, motor speed control is realized by using unilateral PWM control mode, the three-step startup mode was adopted to realize motor soft start. Four rotor aircraft with ultrasonic sensor range is set high, use ov7620 camera tracking make aircraft from area A to area B. Through the study of four rotor working mode and the control parameters, get the corresponding control algorithm, and then simulate the flight attitude, programming the results said four rotor to realize autonomous flight, hovering control independently.Key words: four rotor aircraft; Brushless dc motor; PWM目录四旋翼自主飞行器 (1)摘要 (1)一、设计任务 (3)1.1 任务 (3)1.2.1 基本要求 (4)1.2.2 发挥部分 (4)二、方案论证 (5)1、控制器模块方案 (5)三、理论分析与计算 (5)1、系统硬件设计与实现 (5)1.1陀螺仪和加速度传感器 (6)1.2控制系统 (7)1.3超声波传感器 (7)1.4摄像头ov7620 (8)2、软件系统设计 (9)2、1PWM脉冲宽度调制 (9)2、2数学PID控制算法 (10)四、测试结果与误差分析 (11)1、飞行测试 (11)2、无刷电机测试 (11)五、结论、心得体会 (12)参考文献 (12)附录： (13)附录1 ：元器件明细表 (13)附录2：仪器设备清单 (13)附录3：程序清单 (13)一、设计任务1.1 任务四旋翼自主飞行器（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；飞行时间不大于45s。
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。
201X电子设计大赛四旋翼自主飞行器_(B_题)
2013年全国大学生电子设计竞赛论文【本科组】课题:四旋翼自主飞行器（B 题）摘要为了满足四旋翼飞行器的设计要求，设计了以微控制器为核心的控制系统和算法。
首先进行了各单元电路方案的比较论证，确定了硬件设计方案。
四旋翼飞行器采用了固连在刚性十字架交叉结构上的4个电机驱动的一种飞行器，以78K0R CPU內核为基础,围绕新的RL78 CPU內核演化而来的RL78/G13作为控制核心，工作频率高达32MHz，工作电压1.6V-5.5V，适合各种类型的消费类电子和工业应用, 满足8/16位微控制器的需求，有助于降低系统功耗，削减总系统的构建成本。
采用9926B MOS管芯片的驱动直流电机，该驱动芯片具有内阻小、负载电流大、且控制简单的特性。
通过采用MPU-6050整合的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(DMP: Digital Motion Processor)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，实现了四旋翼飞行器运动速度和转向的精准控制。
通过HC-SR04超声波测距模块实现了对四旋翼飞行器飞行高度的准确控制。
通过激光传感器，实现了四旋翼飞行器沿黑线前进，在规定区域起降，投放铁片等功能，所采用的设计方案先进有效，完全达到了设计要求。
关键词：四旋翼自主飞行器，红外，寻线，超车，单片机1、系统方案的设计与论证1.1 系统总体框架整个系统分为系统模块、角度检测模块、电机驱动模块、电源模块、显示模块。
各模块的系统框图如图1所示。
图1 系统模块框图1.2 方案论证与比较(1)控制模块传统的51单片机广为应用，具有使用简便、便宜价格等优点，但是其运算能力较低，速度较慢，功能相对单一，难以实现较复杂的任务要求。
四旋翼飞行器毕业论文
四旋翼飞行器毕业论文随着科技的不断发展和人们生活水平的不断提高，现代航空技术取得了长足的发展，航空器种类日益丰富，其中四旋翼飞行器也越来越受到人们的关注和喜欢。
四旋翼飞行器是一种由四个电动机驱动旋转的旋翼，通过不同旋翼旋转速度的协调，控制飞行器的飞行姿态，实现飞行的目的。
它具有体积小、重量轻、机动性好、简单易操作等优势，同时可完成多种飞行任务，如航拍、搜救、越野竞速等。
本篇毕业论文将从四旋翼飞行器的发展历程、工作原理以及其在军事和民用领域上的应用等方面进行详细介绍。
一、四旋翼飞行器的发展历程早在20世纪60年代，美国国防部就开始研制一种可以远距离侦察和无人攻击的，能够垂直起降的飞行器，即直升机无人机。
后来随着电子技术的发展，直升机无人机逐渐淘汰，直到四旋翼飞行器出现。
1970年代，欧洲某个国家开始研制一种四旋翼飞行器，以执行监察、识别突发事件、洪灾救援等多种任务。
1990年代，美国开始研制四旋翼飞行器，主要用于情报收集和巡逻。
而到了21世纪，四旋翼飞行器开始进入了广泛应用的时期，被应用于工业、航拍、救援等不同领域。
二、四旋翼飞行器的工作原理四旋翼飞行器的工作原理就是通过控制各电机的旋转速度实现不同方向的推力，进而控制飞行姿态。
四旋翼飞行器包含四个电机，通过正反转和加减速控制旋翼的旋转速度，以实现飞行。
不同的旋翼间通过协调的控制实现整体运动，达到平稳飞行和各种飞行姿态的控制。
三、四旋翼飞行器的应用四旋翼飞行器在不同领域均有广泛应用，如：1、民用领域主要应用于航拍、农业、物流、救援等。
在航拍领域，四旋翼飞行器可以飞入空旷的天际，实现高清晰度的照片和视频拍摄。
而在农业方面，四旋翼飞行器可以对农作物进行施肥、喷洒农药等工作，提高农业效率。
此外，四旋翼飞行器还被应用于物流配送和救援等领域。
2、军事领域四旋翼飞行器在军事领域的作用主要是情报收集和实施巡逻。
四旋翼飞行器可以远程操控，对敌方情况进行监测和侦察，收集有用信息，并可以执行攻击任务。
四旋翼自主飞行器(B题)
2013全国电子设计大赛瑞萨杯2013年全国大学生电子设计竞赛四旋翼自主飞行器（B题）【XX组】2013年9月6日目录1系统方案..................................... 错误！未定义书签。
1.1平衡传感器的论证与选择............ 错误！未定义书签。
1.2 巡线方案的论证与选择.............. 错误！未定义书签。
1.3停机坪寻找方案的论证与选择 (1)1.4控制系统的论证与选择.............. 错误！未定义书签。
2系统理论分析与计算.. (4)2.1 控制理论的分析 (4)2.1.1 四元数与欧拉角的理论计算 (4)2.1.2控制方式 (5)2.1.2 对PID的分析 (5)2.2节能论证 (6)2.2.1电源的选择 (6)3电路与程序设计 (7)3.1电路的设计 (7)3.1.1R5F100LEA 芯片引脚图 (7)3.1.2电机驱动电路 (8)3.1.3 传感器电路原理图 (9)3.2程序的设计 (9)3.2.1程序功能描述与设计思路 (9)3.2.2程序流程图 (10)4测试方案与测试结果 (12)4.1测试方案 (12)4.2 测试条件与仪器 (12)4.3 测试结果及分析 (12)4.3.1测试结果(数据) (12) (12)4.3.2测试分析与结论 (12)附录：源程序 (13)摘要四轴飞行器为成品改造玩具四轴航模，采用瑞萨公司的R5F100LEA型号单片机产生PWM通过驱动电路来驱动四个无心杯电机的转动产生一个向上的力，通过四元数算法处理传感器MPU6050采集的机身平衡信息并进行闭环的PID控制来保持机身的平衡。
通过激光收发来采集赛道信息来进行飞行器的循迹。
通过采集停机坪的信息进行降落。
经测试，系统基本可以完成题目要求。
关键字：四周飞行器R5F100LEA 四元数算法PID控制AbstractThe model aircraft Been modified by Four aircraft toys axis ,use of Renesas microcontroller to generate the PWM, R5F100LEA model through the drive circuit to drive four cups unintentional rotation of the motor produces an upward force, through the quaternion algorithm processing six-axis sensor MPU6050 collection balance information of the body and closed-loop PID control to maintain the body balance. Track by linear CCD to capture the tracking information for the aircraft. On the tube on then\tube through the infrared the information collected After testing, the system can be completed subject requirements.Keywords: four weeks Aircraft R5F100LEA Quaternions PID control algorithm1 系统方案本系统主要由中央处理单元，巡线模块，平衡控制单元，电机驱动模块，电源模块，停机坪信息采集单元组成。
基于arm的四轴飞行器的设计
毕业设计（论文）题目：基于ARM的四轴飞行器的设计*名：**学号： **********专业：电子信息工程班级： 01所在学院：电气信息学院2013年 5 月目录摘要 (II)Abstract (III)第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题内容 (2)第二章总体设计 (5)2.1 系统组成 (5)2.2 软硬件功能分配 (5)2.3 I/O口分配 (6)第三章理论及计算 (9)3.1 滤波算法 (9)3.2 姿态转换与数据融合算法 (14)3.3 平衡控制算法 (17)3.4 飞行控制算法 (19)第四章硬件设计 (23)4.1 STM32最小系统电路 (23)4.2 电源供应电路 (24)4.3 各传感器驱动电路 (25)4.4 主控板PCB (28)第五章软件设计 (31)5.1 程序流程设计 (31)5.2 底层驱动子程序设计 (32)5.3 飞行姿态检测子程序设计 (33)5.4 平衡自稳子程序设计 (35)5.5 上位机数据采集子程序设计 (35)第六章调试 (37)总结 (41)致谢 (43)参考文献 (45)摘要四轴飞行器是一种集单片机技术、传感器技术、自动控制原理、无线传输技术于一身的机电一体化智能机器人。
该系统可在空中自动实现悬停，并可由人工无线控制航向以及飞行速度。
系统主要集成了内核为Cotex-M3的ARM主控芯片STM32F103、集三轴加速度计和三轴陀螺仪于一体的传感器芯片MPU6050、三轴地磁仪芯片HMC5883、高灵敏度气压计BMP180、高清晰度液晶显示模块OLED、无线传输模块NRF24L01、蓝牙串口等。
系统利用C语言进行开发，数据采集使用IIC总线协议，数字信号滤波采用一阶低通滤波、互补滤波以及滑动窗口滤波，系统控制使用增量式PID以及位置式PD算法，并在设计中使用到了MDK4.0、Altium Designer9.0、虚拟示波器、串口调试助手以及PROE5.0等开发工具。
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摘要本文对四桨碟形飞行器进行了初步的研究和设计。
首先，对飞行器各旋翼的升力做了测试，分析了升力产生效率与PWM频率的关系并选择了此样机的最优工作频率，并重点对飞行器进行了硬件和软件的设计。
本飞行器采用R5F100LE单片机为主控制器，通过四元数算法处理传感器MPU6050采集机身平衡信息并进行闭环的PID控制来保持机身的平衡。
整个控制系统包括电源模块、角度传感器模块、电子调速模块、超声波测距模块及微处理器模块等。
角度传感器和角速率传感模块为整个系统提供飞行器当前姿态和角速率信号，构成飞行器的增稳系统。
本系统经过飞行测试，可以达到设计要求。
关键字：R5F100LE单片机、角度传感、PWM频率、PID控制。
目录1系统方案 (2)1.1 电子调速模块的选择 (2)1.2角度传感模块的论证与选择 (2)1.3 超声波测距的选择 (3)1.4 电源的论证与选择 (3)2系统理论分析与计算 (3)2.1 控制理论的分析 (3)2.1.1控制方式 (3)2.1.2 PID算法 (4)2.1.3 PID计算 (4)3电路与程序设计 (4)3.1电路的设计 (4)3.1.1系统总体框图 (4)3.1.2 电机驱动电路 (5)3.1.3 HC-SR04子系统电路 (6)3.1.4电源 (6)3.2程序的设计 (6)3.2.1程序功能描述 (6)3.2.2主程序流程图 (6)4测试方案与测试结果 (7)4.1测试方案 (7)4.2 测试条件与仪器 (10)4.3 测试结果及分析 (10)4.3.1测试结果(数据) (11)4.3.2测试分析与结论 (11)附录1：电路原理图 (12)附录2：源程序 (14)四旋翼自主飞行器（）1系统方案本系统主要由电子调速模块、角度传感模块、超声波测距模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 电子调速模块的选择由于飞行器需要强大的动力，普通的电机不适合飞行器的开发，无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。
它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，更重要的是无刷电机经常被使用在控制要求比较高，转速比较高的设备上，如航模，精密仪器仪表等对电机转速控制严格，转速达到很高的设备上。
所以我们采用A2208型号无刷电机，通过电子调速器根据R5F100LE单片机控制PWM的占空比输出的大小来控制电机，使这个电子调速模块能准确实时的控制电机的转速，来控制飞行器的各项指标。
1.2角度传感模块的论证与选择方案一：采用角度传感器：这个模块实际上是加速度传感器，内部是测X,Y,Z轴方向上的三个加速度，然后单片机或者arm通过读取三个加速度值，通过反正切artan 运算来算出角度值。
因为是间接得到，所以在外部设备有抖动的状态下误差较大，一般还动过一个陀螺仪得出的角速度值，两者通过卡尔曼滤波融合，得到一个相对抗扰动的角度值。
方案二：采用陀螺仪mpu6050模块: 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。
人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。
陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。
然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。
陀螺仪的作用是测定加速度的矢量，优点是不受磁场影响。
最终方案：相比较后，我们认为mpu6050模块较适合飞行器姿态的控制，最终选择方案二。
1.3 超声波测距的选择我们采用HC-SR04模块进行超声波测距，来控制飞行高度。
HC-SR04模块能提供2cm--400cm的非接触式距离感测功能，其基本工作原理为采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=（高电平持续的时间*声速（340m/s））/2。
基于它的工作原理，我们决定用HC-SR04来采集数据来控制飞行器的飞行高度。
1.4 电源的论证与选择方案一：采用铅酸电池：铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。
铅酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。
方案二：采用锂聚合物电池：它也是锂离子电池的一种，但是与液锂电池(Li-ion)相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性和低成本等多种明显优势，是一种新型电池。
在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。
该类电池可以达到的最小厚度可达0.5mm。
相同容量的铅酸电池比锂聚合物电池便宜很多，但重量比锂聚合物电池重很多！而飞行器的载重能力有限，所以最终选择方案二锂聚合物电池。
2系统理论分析与计算2.1 控制理论的分析2.1.1控制方式本次比赛的难点在于如何使飞行器在空中较好的实现平衡控制，然后使其进行巡线飞行和降落。
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践行简单的数学物理建模。
通过陀螺仪返回的留个数据进行四元数拟合处理得到空间欧拉角。
然后返回给系统进行闭环PID控制。
2.1.2 PID算法当被控对象的结构和参数不能完全掌握或得不到精确的数学模型,控制理论的其他技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID 控制技术最为方便. 即使当我们不完全了解一个系统和被控对象,或是不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,也适合采用PID 控制技术.PID 控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算。
2.1.3 PID计算PID计算方式如图2-1所示。
图2-1 PID计算方式经过测算和推导，我们得出了PID的计算公式为2-1。
(2-1)在该飞行器系统中，PID各个参数经过调试得出：K=1P=300I=0D=1253电路与程序设计3.1电路的设计3.1.1系统总体框图系统总体框图如图3-1所示。
图3-1系统总体框图3.1.2 电机驱动电路图3-2电机驱动系统电路3.1.3 HC-SR04子系统电路图3-3 HC-SR04子系统电路3.1.4电源电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。
为整个系统提供5V或者12V电压，确保电路的正常稳定工作。
这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。
3.2程序的设计3.2.1程序功能描述根据题目要求软件部分主要实现传感检测和PWM输出的更改。
（1）传感检测功能：设置高度和角度的输出信号类型。
（2）PWM输出：根据检测的数据，通过PID算法更改PWM的输出。
3.2.2主程序流程图图3-4 主程序流程图4测试方案与测试结果4.1测试方案1、硬件测试测量飞行器距离地面距离使用超声波模块。
之前没有使用过瑞萨单片机，所以先用51单片机编程用1602显示超声波所测就离进行调试。
然后再将51单片机的程序改到瑞萨单片机里。
飞行器的不确定因素很多，最先使用电源箱进行测试比使用电池更容易控制。
为防止飞行器飞出伤人，用四根结实的尼龙绳将飞行器的四个底座固定在地面进行基础测试。
2、软件仿真测试配置仿真器图4-1 选择仿真器图4-2 配置仿真器（1）如图4-1所示，CubeSuite+ 适用多种仿真器（IECUBE、E1、E20、EZ Emulator、 Simulator），在 Project Tree Panel 中单击 RL78 Simulator 右键，选择 Using Debug ToolRL78 E1，为本次调试选用仿真器 E1 。
（2）如图4-2所示，在 Project Tree Panel 中双击 RL78 E1（Serial），开启 Property 窗口，设置 E1 输出 5V 驱动电源。
下载目标文件目标文件就是由用户程序编译成的二进制文件，扩展名是 *.lmf。
CubeSuite+面板上的 Download (快捷键 F6 ) 按钮，或从菜单中选择Debug– > Build & Download ，即可开始下载目标文件。
执行与停止程序下载目标文件后，自动启动如下窗口。
源程序区执行按钮汇编程序区图4-3 CubeSuite+ 调试主面板（1）执行程序：点击主面板工具栏上的执行按钮（快捷键 F5），或从Debug 菜单中选择 Go。
（2）单步执行：点击主面板工具栏上的 Execution Step in 按钮（快捷键 F11），或从 Debug 菜单中选择 Step in。
( Execution Step over 按钮（快捷键F10）也是单步执行，但执行时，将整个函数作为一步，跳过函数实现代码。
)（3）停止执行：在程序执行期间，按停止按钮（快捷键 Shift+F5），或从 Debug 菜单中选择 Stop。
（3）重启：点击重启钮（快捷键 Ctrl+F5），或从 Debug 菜单中选择 CPU Reset，无论程序是否在执行，都可以执行重启操作。
调试功能变量监控功能（1）观察变量：在代码中，选择用户需要观察的变量，单击右键，选择 Register to Watch1，将变量添加到 W atch 1窗口，这样就可以观测到该变量的当前值。
随着程序的执行，变量的值也会刷新。
图4-4 启动变量监控图4-5 Watch 窗口（2）修改变量值：在 Watch 窗口的显示变量值（Value）区域，双击需要改变的变量值，即可修改该变量的值。
通过这种操作，就可以在调试中很方便地测试变量的各种数值，而不必重新修改和编译程序。
这个监控功能也可以用来观察和修改 SFR 的值。
Action Event 功能通过简单的设定，Action Event 功能可以方便的显示调试中的变量的变化。
（1）开启 Action Event 功能：在代码中，选择用户需要观察的变单击右键，选择 Register Action Event，开启 Action Event 对话框，设定输出名称。
○1输出名称○K图4-6 开启 Action Event 功能图4-7 3.8 Action Event 对话框设定完成后，该变量的行就会显示红色，并且在行号旁边显示 Action Event 标志。
程序执行时，在 OutPut Panel 中，根据程序的运行情况，会输出该变量的变化过程。
（2）关闭 Action Event 功能：程序停止时，在设定变量的行，选中 Action Event 标志，单击右键，选择 Delete Events ，关闭 Action Event 功能。