四旋翼飞行器程序..
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。
四旋翼飞行器搭建教程(px4 ardupoilot apm )讲诉讲解
四旋翼飞行器搭建教程（译自————加里斯.欧文）本文将带你通过建立自己的飞行控制器（飞空软件），同时教你工作的具体细节。
这些信息很难找到，特别是那些本身就不是航天工程师的人！就我个人而言，我用了六个月，因为我花费了太多的时间查找bug和调试bug，但通过这篇文章你可以短期收获同样的经验。
我会教你避开陷阱，这样你就不会像我一样浪费时间。
第一个关键是你对硬件的选择。
我选择从零开始建立自己系统，在这一阶段的时候我都不知道RC（remote controlled 遥控; radio coding 无线电编码; ）和飞行器是如何飞行的，这是一个巨大错误。
开始我以为，通过自行购买附加电路，芯片和传感器能省很多钱，结果最终我花了一大笔钱！放过自己吧，直接去购买ardupilot 2.5控制板，组装你的直升机，了解遥控，了解飞行原理，然后回到这里。
这个板子本质上是只是一个连有一些传感器Arduino（开源主控板,可查/view/1268436.htm?fr=aladdin），和我们将在这篇文章介绍的程序——我们自己编写的。
你得将所有东西连接起来，你的四旋翼飞机才能得飞：当然你也得会用优秀的arducopter软件。
本项目（ardupilot）由3D Robotics 提供赞助，这意味着他们销售所设计的硬件获利，并将所得利润回馈社区。
该软硬件是完全开源的，所有人可以免费复制下载。
你可以直接从他们那里购买，或者从Hobbyking (named HKPilot) and RCTimer (named ArduFlyer).购买相同的拷贝件。
在这篇文章中，我将假定您有ardupilot硬件——其本质上上是附传感器Arduino。
如果你选择忽视我的建议，并且建立自己的硬件，或使用Arduino电路板，那么您需要更换的底层代码（HAL库）。
我也会以为你在X配置（x型四旋翼），+ / X（两种四旋翼配置）和六/八旋翼飞行器之间切换（只是不同的电机的组合），配置的改变不会让它在本文有任何实质性的区别。
基于Arduino的四旋翼飞行器设计与实现
基于Arduino的四旋翼飞行器设计与实现作者：董瑞智李泽文徐振平来源：《电脑知识与技术》2017年第28期摘要：针对四旋翼飞行器姿态数据测量存在误差、控制算法选择较难的问题，该文选用Arduino开发板作为系统控制板，构建基于Arduino的四旋翼飞行器。
选择惯性测量单元六轴组件MPU6050、电子罗盘HMC5883L及气压计BMP085等多个MEMS传感器实时采集飞行器姿态数据，并由双闭环PID控制器实现对两组四路电机的转速控制。
为降低传感器数据的测量误差，该文采用卡尔曼滤波算法对飞行器姿态数据进行滤波与融合，为飞行器的姿态控制提供有利条件。
经飞行实验显示，该文设计的飞行器实现了悬停、升降和转弯等功能，并验证了该文使用卡尔曼滤波算法降低姿态数据测量误差和双闭环PID控制器控制飞行器状态的有效性。
关键词：四旋翼飞行器；MEMS传感器；卡尔曼滤波；姿态解算；PID控制中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）28-0263-03Abstract： In order to solve the problem of the measurement error of the attitude data of the four rotor aircraft and the difficulty of the selection of the control algorithm. This paper uses Arduino development board as the system control board to build a Arduino based four rotor aircraft， and select some MEMS sensors， such as the inertial measurement unit six axis components MPU6050，HMC5883L electronic compass and barometer BMP085， to collect aircraft attitude data. Then， use double closed-loop PID controllers to control the speed of two groups of four motors. In order to reduce the measurement error of sensor data， the Calman filtering algorithm is used to filter and fuse the attitude data of aircraft， which provides favorable conditions for attitude control of spacecraft. The flight experiment shows that the design of the aircraft can hovering， lifting and turning function， and verified effectiveness of using the Calman filter algorithm to reduce the measurement error of attitude data and using double closed-loop PID controllers to control the state of the aircraft.Key words： quad-rotor helicopter； MEMS sensor； kalman filtering； attitude calculation；PID controller1 概述四旋翼飞行器，一种由4个转子推动飞行[1]，六自由度垂直起降飞行器[2]，能够完成悬停、飞行、垂直起降等功能。
儿童无人机说明书
儿童无人机说明书
1.将四旋翼飞行器的开关调至ON,将遥控器的开关调至ON。
2.把遥控器的摇杆,上下左右摇杆推拉一下,进行配对,如果遥控器鸣一声,则视为配对成功。
3.推动摇杆,进行四旋翼飞行器的控制。
4.拉杆推动练习,将左摇杆推上即为飞机往上向上飞,如果将左摇杆向下推则为下降,右摇杆则为控制左右前进方向。
5.降落,缓缓地将摇杆向下拉,右右摇杆不要动左摇杆慢慢的向下拉直至降落成功。
玩具机遥控器一般都是美国手，都是左边油门，右边方向。
然后图二左边的应该是开灯键，右边的应该是翻滚键。
至于那些小按键，一般都是调飞机起飞后会自动偏移的按键，你可以多试一下。
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。
简述f450四旋翼飞行器组装流程
简述f450四旋翼飞行器组装流程Assembling a F450 quadcopter can be an exciting and rewarding experience for hobbyists and enthusiasts who are interested in building their own drone.组装F450四旋翼飞行器可以成为对于喜欢制作无人机的爱好者和热衷者来说一个令人兴奋且有回报的体验。
First and foremost, it is important to gather all the necessary components and tools before starting the assembly process. This includes the F450 frame kit, motors, electronic speed controllers (ESCs), flight controller, propellers, radio transmitter and receiver, battery, and various hardware such as screws and standoffs.首先也是最重要的是，在开始组装过程之前，需要先收集好所有必要的部件和工具。
这包括F450机架套件、电机、电子速度控制器（ESC）、飞行控制器、螺旋桨、无线电发射器和接收器、电池，以及各种螺丝和支撑物等硬件。
Once all the components are gathered, the next step is to carefully follow the assembly instructions provided with the F450 frame kit. It is crucial to pay close attention to the details and ensure that each component is installed correctly and securely. This will not only ensure the safety and stability of the quadcopter but also contribute to its overall performance and longevity.一旦所有部件收集完成，下一步就是仔细按照F450机架套件中提供的组装说明进行组装。
动态系统建模(四旋翼飞行器仿真)实验报告-
动态系统建模（四旋翼飞行器仿真）实验报告:动态系统建模（四旋翼飞行器仿真）实验报告院（系）名称大飞机班学号学生姓名任课教师2021年 _月四旋翼飞行器的建模与仿真一、实验原理 I．四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。
四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前、后、左、右四端，如图1-1所示。
旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。
在图1-1中，前端旋翼1 和后端旋翼3 逆时针旋转，而左端旋翼2 和右端的旋翼4 顺时针旋转，以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。
由此可知，悬停时，四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。
图1-1 四旋翼飞行器旋翼旋转方向示意图从动力学角度分析，四旋翼飞行器系统本身是不稳定的，因此，使系统稳定的控制算法的设计显得尤为关键。
由于四旋翼飞行器为六自由度的系统（三个角位移量，三个线位移量），而其控制量只有四个（4 个旋翼的转速），这就意味着被控量之间存在耦合关系。
因此，控制算法应能够对这种欠驱动（under-actuated）系统足够有效，用四个控制量对三个角位移量和三个线位移量进行稳态控制。
本实验针对四旋翼飞行器的悬浮飞行状态进行建模。
II．飞行器受力分析及运动模型（1）整体分析如图1-2所示，四旋翼飞行器所受外力和力矩为：Ø重力mg，机体受到重力沿-Zw方向Ø四个旋翼旋转所产生的升力Fi(i=1,2,3,4)，旋翼升力沿ZB方向Ø旋翼旋转会产生扭转力矩Mi (i=1,2,3,4)， Mi垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。
图1-2 四旋翼飞行器受力分析（2）电机模型Ø力模型（1.1）旋翼通过螺旋桨产生升力。
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由四个旋翼组成的无人机，可以垂直起降和定点悬停，具有灵活性和机动性。
它的飞行控制技术可以分为姿态控制和位置控制两种基本类型。
姿态控制是指控制飞行器姿态（包括横滚、俯仰和偏航），而位置控制则是控制飞行器的定点飞行或航线飞行。
下面将对这两种控制技术进行详细介绍。
一、姿态控制技术1. 传统PID控制PID控制是一种经典的控制方法，它通过比例、积分和微分三个分量的组合来调节系统的输出。
在四旋翼飞行器中，PID控制可以用来控制姿态，使飞行器保持平稳的飞行状态。
通过对角速度和角度的反馈控制，可以实现对飞行器姿态的精确控制。
但是PID控制也存在一些问题，比如对于非线性系统和参数变化的系统，PID控制的性能会受到影响。
2. 模糊控制模糊控制是一种可以应对非线性系统和模糊环境的控制方法。
在四旋翼飞行器中，可以利用模糊控制来实现对姿态的精确控制。
通过建立模糊规则库，可以将模糊的输入与输出进行映射，实现对飞行器姿态的控制。
模糊控制可以有效地应对系统的非线性特性，但是对规则库的设计和参数的选择需要较大的经验和技巧。
3. 神经网络控制4. 遗传算法控制遗传算法是一种模拟生物进化的优化算法，可以用来优化系统的控制参数。
在四旋翼飞行器中，可以利用遗传算法来寻找最优的姿态控制参数，从而实现对飞行器姿态的精确控制。
遗传算法能够全局寻优，但是需要大量的计算资源和较长的优化时间。
1. GPS定位控制GPS定位是一种全球定位系统，可以实现对飞行器位置的精确控制。
在四旋翼飞行器中，可以利用GPS定位进行位置控制，实现定点飞行或航线飞行。
通过GPS模块获取飞行器的位置信息，可以实现对飞行器位置的精确控制。
但是GPS在室内或密集城市地区信号可能不太可靠。
3. 惯性导航控制惯性导航是一种通过加速度计和陀螺仪获取飞行器运动信息，并通过积分计算得到飞行器位置信息的导航方法。
在四旋翼飞行器中，可以利用惯性导航进行位置控制，实现对飞行器位置的精确控制。
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基于上述理论分析，选择方案三。
2 四旋翼自主飞行器控制算法设计
2.1 四旋翼飞行器动力学模型
设计的小型四旋翼飞行器适用于室内低速飞行，因此忽略空气阻力的影响。因此，简化后的飞行器动力学模型为
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2.2 PID控制算法结构分析
在动力学模型的基础上，将小型四旋翼飞行器实时控制算法分为两个控制回路，即位置控制回路和姿态控制回路。算法结构如图B-1所示。
图2-1四旋翼飞行器控制算法结构图
使用经典PID控制算法实现位置控制回路和姿态控制回路。PID算法简单可靠，理论体系完备，而且在长期的应用过程中积攒了大量的使用经验，在飞行器位置和姿态控制应用中具有良好的控制效果和较强的鲁棒性，能提供控制量的较优解。
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方案一：直流有刷电机是当前普遍使用的一种直流电机，它的驱动电路简单、控制方法成熟，但是直流有刷电机使用电刷进行换向，换向时电刷与线圈触电存在机械接触，电机长时间高速转动使极易因磨损导致电气接触不良等问题，而且有刷电机效率低、力矩小、重量大，不适合对功率重量比敏感的电动小型飞行器。
方案二：直流无刷电机能量密度高、力矩大、重量轻，采用非接触式的电子换向方法，消除了电刷磨损，较好地解决了直流有刷电机的缺点，适用于对功率重量比敏感的用途，同时增强了电机的可靠性。
图00ma的锂电池（重量约为166克）供电，在由电调降压给系统中的各个模块供5v电压并给电机提供电流，这样可满足可满足各个小系统的电源要求。
3.3
四电机驱动模块根据中心控制模块指令驱动各个电机到达指定转速，将电机的速度通过测速反馈装置反馈给飞行姿态控制模块，控制无刷直流电机闭环控制转速，从而控制飞行状态，达到预期位置和姿态。通过电子调速器给电机提供电流，电子调速器模块电路图如图2-4所示。
所以选择直流无刷电机作为动力源。
1.3 电机驱动方案的选择与论证
方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较 短、可靠性不高。
比较以上二种方案，方案二占有很大优势，不但能准确完成测量，而且能避免电路的复杂性，因此选择方案二。
1.2
四旋翼无人飞行器是通过控制四个不同无刷直流电机的转速，达到控制四旋翼无人飞行器的飞行姿态和位置，与传统直升机通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，达到控制直升机的目的不同。在电机的选型上，主要有直流有刷电机和直流无刷电机两种。
图2-4 电子调速器电流图
3.4 传感器检测
传感器模块是为四旋翼飞行器的飞行控制提供各种飞行参数的装置，包括测量机身三轴角速率的陀螺仪、测量机身三轴线加速度的加速度传感器、测量机身航向及姿态信息的罗盘，电机转速检测的测速传感器、飞行高度传感器和黑线检测传感器。其中角度传感器和陀螺仪电路图如图2-5和2-6所示。
四旋翼自主飞行器(B题)
摘要
系统以R5F100LE作为四旋翼自主飞行器控制的核心，由电源模块、电机调速控制模块、传感器检测模块、飞行器控制模块等构成。飞行控制模块包括角度传感器、陀螺仪，传感器检测模块包括红外障碍传感器、超声波测距模块、TLS1401-LF模块，瑞萨MCU综合飞行器模块和传感器检测模块的信息，通过控制4个直流无刷电机转速来实现飞行器的欠驱动系统飞行。在动力学模型的基础上，将小型四旋翼飞行器实时控制算法分为两个PID控制回路，即位置控制回路和姿态控制回路。测试结果表明系统可通过各个模块的配合实现对电机的精确控制，具有平均速度快、定位误差小、运行较为稳定等特点。
方案二：红外避障传感器E18-D80NK。这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出，有效的避免了可见光的干扰。透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离。检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。并且具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。
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* DISCLAIMER
* This software is supplied by Renesas Electronics Corporation and is only
以上往返飞行时间不大于30s
其他
最为完成发挥部分但以实现其在一个水平高度前行
经测试，系统可以满足基本要求和部分发挥部分，并具有稳定前行的特点。
6 总结
本次设计按照题目要求，采用模块化的硬件和软件设计方法，运用PID控制算法，成功地实现了飞行器寻黑带自主飞行并定点降落的要求。具有飞行稳定、运动迅速、接收信号灵敏等特点。完成了题目基本部分和部分发挥部分的要求。
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* Renesas reserves the right, without notice, to make changes to this software
可以满足，飞行时间为15s
四旋翼自主飞行器一键式启动，从B区飞向A区，在A区降落并停机；飞行时间不大于45s
可以满足要求，飞行时间为17s
发挥部分
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
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
* following link:
* /disclaimer
*
* Copyright (C) 2011, 2013 Renesas Electronics Corporation. All rights reserved.
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图B-5角度传感器电路图
图2-6陀螺仪电路图
4 系统的程序设计
本系统以瑞萨MCU为核心，采用C语言对单片机进行编程。主程序主要起导向和决策的作用，系统的控制总流程图如图所示。系统包括延时子程序，电机转速控制子程序，检测子程序，副翼子程序。系统控制的总流程图如图2-7所示。部分程序清单见附录A。
图2-7 系统主程序流程图
5 测试与结果分析
5.1 测试设备
模拟区域：按题目要求设计。
设备：秒表、卷尺。
测试环境为室内。
5.2 测试结果
使系统运行，参照题目的各项要求进行多次实际定量测量，得到该系统的测量结果如表表B-1所示。
表B-1 测试功能、测试工具及实现的情况表
具体功能要求
实际测试结果
基本部分
四旋翼自主飞行器一键式启动，从A区飞向B区，在B区降落并停机；飞行时间不大于45s
式1-1
式中 为四旋翼飞行器在导航坐标系下的线位移， 为运动加速度，m为飞行器质量， 分别为机体的偏航角、俯仰角和横滚角， 为旋翼面中心到四旋翼飞行器质心的距离， 为轴向惯性主矩。该动力学模型对四旋翼飞行器的真实飞行状态进行了合理的简化，忽略了空气阻力等对系统运行影响较小的参数，使得飞行控制算法更加简洁。