毕业设计（论文）
题目基于AVR的四旋翼无人机
控制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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注意事项
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3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
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8）致谢
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5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
摘要
伴随计算机与控制理论的发展，无人飞行器已经成为一种热门的研究实践平台。四旋翼无人机作为无人机的一种结构简单的机型，其控制方式是研究的重点。本文重点研究对控制有重要影响的姿态解算和PID控制思想，并在此基础上实现四旋翼的控制飞行。
本论文实现基于Atmel公司出品的ATmega328p的单片机为主控芯片，用以实现四旋翼空中停留，俯仰，翻滚飞行。整体系统可划分为处理单元、遥控单元、姿态结算单元与控制输出单元。针对设计目标，本论文采用MPU6050姿态传感器内部的运动引擎（DMP）作为姿态感知单元，运用PID控制理论，由主控芯片整合各方面数据完成对飞行器的姿态调整，并通过PPM信号遥控器对飞行器实行飞行控制。通过现实飞行，验证方法的科学性与稳定性。
经过反复调试与试验，解决飞行过程中飞行器震动及其他外界因素对控制造成的影响，最终完成了对飞行器的控制。
关键字：ATmega328p、运动引擎DMP、PID控制，PPM
Abstract
With the development of the computer and control theory, unmanned aerial vehicles has become a hot research practice platform. Four rotor unmanned aerial vehicle (uav) as a kind of simple structure model of the unmanned aerial vehicle (uav), the control mode is the key of the research. This paper research has important influence on the control of attitude algorithm and PID control, and on this basis to realize four rotor of flight control.
This thesis implemented based on Atmel company produces ATmega328p single-chip microcomputer as main control chip, to realize the four rotor aloft, pitch and roll. The whole system can be divided into processing units, remote control unit, posture and settlement unit and control unit of output.In view of the design goal, this paper adopts the MPU6050 attitude sensor Digatal Motion Processor engine (DMP) as a gesture sensing unit, using PID control theory, the main control chip integrated data to complete all aspects of aircraft attitude adjustment, and through the PPM signal remote control of the aircraft flight control.By real flight, validation method is scientific and stability.
After repeated debug and test, solve in the process of the flight vehicle vibration to control and other external factors, finally complete the control of the aircraft.
Key Word：ATmega328p、MotionProcessing、PID Control、PPM
目录
摘要.................................................................................................... I I
Abstract ........................................................................................... V III 目录................................................................................................... IX 第一章绪论 (1)
1.1 研究意义 (1)
1.2 研究状况 (2)
1.3 研究重点 (3)
第二章理论基础 (5)
2.1 工作原理 (5)
2.2 姿态描述 (6)
2.2.1 欧拉角 (6)
2.2.2 四元数 (8)
2.3 姿态控制 (9)
第三章硬件结构 (11)
3.1 硬件整体设计 (11)
3.2 姿态传感器 (11)
3.2.1 MPU6050模块 (12)
3.2.2 运动引擎 (12)
3.3 主控芯片 (13)
3.4 无线模块 (14)
3.5驱动电调 (15)
第四章程序设计 (16)
4.1 程序整体设计 (16)
4.2 系统初始化 (16)
4.3 遥控器解码 (18)
4.4 姿态处理 (19)
4.5 决策模块 (22)
4.6 电机驱动 (25)
第五章测试与试验 (26)
5.1 遥控解码测试 (26)
5.2 姿态数据测试 (26)
5.3 信号输出 (28)
5.4 参数整定 (28)
5.4.1 整定方法 (28)
5.4.2 实际整定方式 (30)
5.5 整机测试 (30)
第六章总结 (33)
致谢 (34)
参考文献 (35)
附录I (36)
附录II (36)
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
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。
最高效的四旋翼无人机 数据采集建模 CKBOOD was revised in the early morning of December 17, 2020.
最高效的四旋翼无人机数据采集建模 一、简介 近年来，微小型四翼无人机已经成为了无人飞行器研究领域的一个热点。它结构简单、机动性强、便于维护，能够在空中悬停、垂直起飞和降落。在军用和民用方面具有较大的潜在应用价值，国内外许多研究单位纷纷致力于四旋翼无人机飞行控制的架构设计与飞行控制研究，以实现四旋翼无人机的自主飞行。机载传感器系统是四旋翼无人机飞行控制系统的重要组成部分，它为机载控制系统提供可靠的飞行状态信息，是实现四旋翼无人机自主飞行的重要设备。 现在无人机应用最广的是倾斜摄影技术优势或者说最吸引用户的，就是利用倾斜摄影技术可以全自动、高效率、高精度、高精细的构建地表全要素三维模型。 二、四旋翼无人机特点 1、机动性能灵活，低空性能出色。能在城市、森林等复杂环境下完成各种任务。可完成空中悬停监视侦查。实现对动力要地低，能在狭小空间穿行，能垂直起降，对起降环境要求低。 2、对动力要求较小，产生的噪音低，隐蔽性能高，安全性能出色。四旋翼无人机采用四个马达提供动力，可使飞行更加稳定和精确。 3、结构简单，运行、控制原理相对容易掌握。 4、成本较低，零件容易更换，维护方便。
三、飞行软件 目前无人机种类繁多，针对无人机开发的飞控软件也有很多，目前比较好用的是DJI GS Pro、DJI GO4、Litchi Vue、Pix4d等。 四、数据采集，使用DJI GS pro 1、打开DJI GS pro软件，点击新建任务 2、点击测绘航拍区域模式 3、点击地图选点（飞行定点比较耗飞机电量，无特殊情况建议不使用） 4、点击屏幕就会出现一个航测区域，手动拖拽四个定点可以改变航测的面积和形状，同时也可以手动增加拐点，让航测面积更加的灵活多样。并且在右边的菜单栏里选择好对应的云台相机；设置好任务的高度，任务的高度和拍摄的清晰度，成图的分辨率有很大的关系；大面积的时候尽量选择等时间拍照，因为能上传的航点是有限的。 5、点击进入右侧菜单的高级选项之中，重新设置一下航测的重叠了，一般航向和旁向重叠率是700%和70%（最好不要低于70%）；设置好云台俯仰角，正射影像图一般为-90°，拍摄3D立体时一般为-45°；设置好返航高度，确保返航时不会碰撞到障碍物。 6、点击右上角飞机左边更多选项，点击高级设置（地图优化限中国大陆地区使用打开）；这点也是最关键的一点，这时候一定要点开中国大陆这个选项，不然飞行器的位置是偏移的。会导致航测任务区域整体偏移，有一部分任务没有拍摄到。
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
四轴飞行器的建模与仿真 摘要 四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的多旋翼飞行器,它非常适合近地侦察、监视的任务,具有广泛的军事和民事应用前景。本文根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型。四旋翼飞行器有各种的运行状态,比如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等。本文采用动力学模型来描述四旋翼飞行器的飞行姿态。在上述研究和分析的基础上,进行飞行器的建模。动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系以及参考牛顿-欧拉模型建立的仿真模型，模型建立后在Matlab/simulink软件中进行仿真。 关键字:四旋翼飞行器,动力学模型，Matlab/simulink Modeling and Simulating for a quad-rotor aircraft ABSTRACT The quad-rotor is a VTOL multi-rotor aircraft. It is very fit for the kind of reconnaissance mission and monitoring task of near-Earth, so it can be used in a wide range of military and civilian applications. In the dissertation, the detailed analysis and research on the rack structure and dynamic characteristics of the laboratory four-rotor aircraft is showed in the dissertation. The dynamic model of the four-rotor aircraft areestablished. It also studies on the force in the four-rotor aircraft flight principles and course of the campaign to make the research and analysis. The four-rotor aircraft has many operating status, such as climbing, downing, hovering and rolling movement, pitching movement and yawing movement. The dynamic model is used to describe the four-rotor aircraft in flight in the dissertation. On the basis of the above analysis, modeling of the aircraft can be made. Dynamics modeling is to build models under the principles of flight of the aircraft and a variety of state of motion, and Newton - Euler model with reference
无人直升机设计方案 前言 —个简单的无人直升机被称为非线性控制技术的测试平台。 无人机直升机包括：１、先进的无线电遥控作为一项基本载体;２、一个简单的航空电子系统；３、地面支持系统。航空电子系统包括一个小型的PC－104电脑系统和微机电系统（微机电系统）导航和惯性测量装置作为主要测量感应组件。一对全双工收发器是用来给直升机和地面之间提供无线通信。地面接收器和一个在地面的计算机系统形成一个支撑体系。无人直升机是用来实现自动飞行的控制系统。 一、引言 在过去几年里学术界无人飞行器（UAV）引起了极大的兴趣。它可以服务于许多应用平台和纯学术研究。作为一个有机动性和多功能性的学科，无人驾驶飞行器具有潜在军事以及在民用领域的科学意义。许多世界各地的研究小组选择了无人机直升机作为学科研究方向，探索和测试先进的控制技术。多样的方法如近似线性，神经网络和学习控制，已用于设计无人直升机的飞行控制规律。提高自动着陆，悬停和自动飞行的性能。我们的动机是为了发展一个无人直升机，作为一个试验平台验证我们提出非线性控制系统。 一个典型的无人机飞行器应包括以下基本组成部分： 1）有引擎的飞行器以完成一些基本的飞行功能 2）一个简单的航空电子系统实现自动飞行的控制系统。这种系统应包
括： a）一个机载计算机系统，以收集数据，以执行飞行控制，以及完成与地面系统的通信; b）必要的传感器来测量和控制信号用于驱动执行机构; c）通信系统，以提供无线通信，其中包含两个全双工收发器，一个是机载另一个是在地面上; d）一个机载电源系统; e）自动飞行控制系统。 3）地面支持系统，包括：a）一个全双工收发器提供飞机无线通信; b）计算机系统，以预先安排飞行路线，并收集飞行数据。 据悉，该无人机飞行上面列出的组件是比较简单的一种。集成的无人驾驶直升机只是用于学术研究。军用或商用无人机更为复杂。在了解无人飞行器的基础上，我们设计并组装一个简单的原型无人直升机。先进的无线电遥控玩具直升机被选择作为基本飞行器。一个简单的航空电子系统的设计。这种微型PC- 104将被用于机载计算机系统和微机电系统的导航，惯性测量组件被选择作为一个主要的航空电子传感装置。一对全双工收发器将用于提供和地面计算机系统的实时通信。这样一个简单的无人直升机有足够的能力执行飞行速度为20米/秒的飞行任务。 本文的内容如下：在下一节中，我们提出了一个简单的无人直升机设计，简单的航空电子系统的部件将在第三节介绍，装配无人直升机将在第四节提到。最后，第五节我们得出一些结论。 二.无人直升机的设计
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 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１ １一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
六旋翼无人机系统技术文件 一、产品名称：六旋翼无人机系统 二、X-6是全新研制的六旋翼无人机系统，具有载重能力较强、续航时间理想、 与X-8无人机相比，体积更小、重量较轻、目标特性小，使用更加快捷、机动灵活、操作使用及维修简便等特点，自成体系独立执行电力巡检任务，稳定度与性能相对x-8无人机稍有逊色。 简介： X-6 无人机是由专业无人机技术研发团队经过多年研究、测试，最新推出的一款全球同类产品载重量最大、可垂直起降、拥有多项专利的无人飞行系统。 1）选用自主驾驶设备，大大提高飞控稳定性。 2）可携带多种任务载荷。 3）可用于执行资料收集、测量、检测、侦查等多种空中任务，在电力巡检领域能发挥其高效、隐蔽性强的特点，能对目标物进行远距离监视。 产品特点： （1）飞行器具有遥控、自主飞行能力，可以实时修改飞行航路和任务设置；（2）测控与信息传输设备具有遥控、实时信息传输的功能，具有多机、多站兼容工作及一定的抗截获、抗干扰能力； （3）侦察任务设备能昼夜实时获取目标图像信息，具有手动、自动控制工作模
式，可迅速发现、捕获、识别、跟踪目标； （4）飞行控制与信息处理站具有对飞行器进行遥控飞行和对机载任务设备进行操控的功能，具有飞行参数/航迹显示、航路规划和实时修改飞行计划、重新设置任务样式的能力；具有通过视频眼镜实现第一视角控制飞行的能力；具有接收标准视频信号、实时处理/存储图像、数据叠加等能力，具有目标定位和引导打击的能力，且能与上级指挥机关、情报处理中心和指挥系统相通连； （5）地面保障设备具有简易检测、维修与训练的能力，具有快速更换易 损件、备用动力电池组和双模态充电的功能； （6）全系统外场展开迅速，具有车载大范围机动和携行能力。 机体结构技术参数：
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
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 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。
无人机课程结课论文 题目：基于VxWorks的无人直升机控制系统设计 学院(系): 土木学院 专业: 工程力学 班级：13-2 姓名: 张芙豪 学号: 311307090221 成绩： 任课教师：赵运基 2016年 6 月12 日
目录 1.报告摘要 (3) 2.目的意义 (3) 3.设计内容 (4) 3.1控制系统整体结构 (4) 3.2控制系统硬件结构 (4) 3.3控制系统软件设计 (5) 3.4基于优先级的消息队列 (5) 3.5 基于看门狗的多任务调度 (6) 3.6地面基站控制效果图 (7) 4.结束语 (8) 参考文献 (8)
1.报告摘要 组建了一种基于嵌入式实时操作系统VxWorks平台的无人直升机控制系统，实现远距离无人直升机飞行状态信息传输，接收地面基站命令后完成自主定点飞行任务。主要利用基于优先级的消息队列方法和嵌入式操作系统VxWorks的信号量与看门狗定时功能实现多任务间调度，获得飞行状态数据向地面基站传输与自主定点飞行的同步。通过实验飞行，该系统的正确性与可靠性得到了验证。 2.目的意义 毕业设计是对自己大学四年所学知识的一个融合和总结，平常我们所学到的知识是零散的理论的，毕业设计可以把我们学到的这些知识运用到实践当中去。这次实习是为了在毕业进入社会前，将自己的理论知识与实践融合，并且完成从理论到实践的过渡我认为大学生的实习是自我完善的重要的一步，也是大学生正视社会和正视自己，走出自我，真正融入社会生活工作的第一步，而且很多时候通过实践，尤其在不同的职业中的实践才会真正找到自己感兴趣并适合自己的行业，也是完成从空想到现实转变的第一步。 通过实习我们可以快速从学校到职业的转变，为以后的工作做充足的准备。通过实习，可以学会如何用理论解决实际问题，我们可以把毕业设计当做一个项目，学习如何查阅资料，如何解决实际问题，如何与他人沟通。在实习期间，需要我们一个人面对众多的难题，独立思考，每一个难题都是一个考验，也是一个突破自我的机会。实习要求我们不能懈怠，必须务实苦干，也锻炼了自己的意志。大一期间，我学习了51单片机，并熟练掌握。大二期间，我又学习了STM32单片机，这次实习，是我对自己所学知识的实际应用，增加了我对理论知识的深刻理解，在此期间，我遇到过很多困难和问题，在导师的帮助下，顺利解决了这些问题，并让我对相关知识有了更深的理解。 总的来说，通过毕业实习，我能够用理论联系实际，用自己所学的知识解决实际问题，学会了用更清楚的眼光看待问题，用更多不同的方法去解决困难，学习到了更多。经过了四年大学的学习，毕业实习是人才培养方案的重要环节，旨在培养学生的实践能力、分析问题和解决问题的能力。在实习指导老师的指导下，使学生将所学基本理论、基本知识与社会实践相结合，迅速转化为实际工作能力，增强适应市场需要的能力。
摘要本文以某型固定翼无人机为研究对象，主要研究了基于常规PID和智能PID的无人机飞行控制律的设计问题，首先，建立了无人机的六自由度数学模型，并运用小扰动线性化方法和系数冻结法分别建立了无人机纵向与横侧向系统的线性化方程:其次，介绍了一些常用的PID控制器参数整定法和智能PID控制的基本思想，作为飞行控制律设计的理论基础:再次，分别采用常规PID和智能PID进行了纵向系统与横侧向系统控制的设计，并针对不同空域的一些典型的状态点进行了大量的仿真研究。仿真结果表明，我们所设计的常规PID控多数情况下能满足要求，智能PID控制器则具备更强的鲁棒性，能适应不同空域中更多的状态点。关键词:无人机，常规PID（自动控制），智能PID（自动控制），飞行控制律，无人机飞控系统的仿真研究 前言: 无人机(缩写为UAV)又称“空中机器人”，是一种动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器的简称UAV”。它大体上是由无人机载体、地面站设备(无线电控制、任务控制、发射回收等起降装置)以及有效负荷三部分组成的。根据无人机的结构、飞行时间、飞行距离或执行任务的性质等特点我们可以把它划分成不同种类。从总体结构来看，无人机有固定翼、垂直旋翼、倾斜旋翼、旋翼/固定翼之分;根据活动半径和续航时间，无人机可大体分为近程、短程、中程和远程四类;根据用途，我们又可以把无人机分为军用和民用两大类。无人机是1917年由英国首先研制成功的。虽然它问世已久，但直到加世纪50年代才得到了真正的发展。当时世界各国空军开始大量装备无人机，将其作为空靶使用。此后，美国率先研制成功无人驾驶侦察机，并开始用于越战。到了80年代，无人机得到了更为广泛的应用。在198年的中东战争中，以色列在贝卡谷地交战中，用“侦察兵”和“猛犬”无人机诱骗叙军的地空导弹的制导雷达开机，侦查获取了雷达的工作参数并测定了其所在位置。无人机的飞速发展是在海湾战争后，以美国为首的多国部队的无人机在海湾战争中成功地完成了战场侦察、火炮校射、通信中继和电子对抗等任务。在科索沃战争中，美国及北约盟国总共使用了近300多架无人机当开路先锋，用于中低空侦察和长时间战场监视、电子对抗、战况评估、目标定位集气象资料、营救飞行员和散发传单等任务。在美国对阿富汗的反恐战争中，无人机更是大显身手，成了追捕拉登及其基地成员的有效兵器，尤其是对基地组织成员发动的空袭，开创无人机运用的先河。新世纪之初，无人机的发展进入了一个崭新的时代各种性能各异、技术先进、用途广泛的新型机种如长航时无人机、战斗无人机和微型无人机等不断涌现。2001年，美国的“全球鹰”中空长航时无人机完成了越洋飞行，创造了航程和飞行时间的世界记录。“捕食者”中空长航时无人机在美对阿富汗的空袭中，首次挂载了导弹对阿富汗的地面目标进了实弹攻击，从而开创了无人机执行对地攻击任务的先例。近年来，无人机的使用范围已拓展至军事、民用和科研三大领域:在军事上，可用于侦察监视、通信中继、电子对抗、火力制导、战果评估、骚扰诱惑、对地(海) 攻击、目标模拟和早期预警等;在民用上，可用于大地测量、城市环境检测、地球资源勘测和森林防火、农业勘测、交通、民用导航、环境保护、边境巡逻与控制、自然灾害的监视与救援等;在科研上，可用于大气研究、气象观测、对核生化污染区的采样与监控、新技术新设备和新飞行器的试验验证等。无人机广泛的应用价值，尤其是在军事上的重要性己得到了世界各国的高