全国电赛四旋翼论文汇总 共四份

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。

2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（C题）2015年8月15日摘要本文对四旋翼碟形飞行器进行了初步的研究和设计。

首先，对飞行器各旋翼的电机选择做了论证，分析了实际升力效率与PWM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。

本飞行器采用瑞萨R5F100LEA单片机为主控制器，通过四元数算法处理传感器MPU6000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、传感器检测模块、电机调速模块、飞行控制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：R5F100LEA单片机、传感器、PWM、PID控制。

目录1系统方案本系统主要由电源模块、电机调速控制模块、飞行控制模块、传感器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

电机的论证与选择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。

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。

综合以上两种方案，选择方案二。

红外对管检测传感器的论证与选择探测地面黑线的基本原理是：光线照射到路面并反射，由于黑线和白色地面对光的反射系数不同，所以可以根据接收到的反射光强弱来判断黑线。

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。

.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。

电赛四轴论文 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（C题）2015年8月15日摘要四旋翼飞行器结构较简单，且能够控制其稳定飞行。

通过对MPU6050陀螺仪姿态索取，并以R5F100LEA单片机作为主控芯片，利用其内部资源，进行运算完成四元数矩阵转换及姿态解算、融和、矫正。

针对四旋翼飞行器的动力来源为直流电机，通过采用PWM控制方式对电机进行调速，通过调节电机转速，实现升力变化，控制飞行器的姿态及位置变化。

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，采用PID算法，编程实现，模拟相应的飞行姿态，使四旋翼飞行器能够实现自主飞行、自主悬停控制，并且能够完成题目要求内容。

关键词：四旋翼飞行器；PWM；PIDAbstractFourrotatingpropeller-drivenaircraftstructureisrelativelysimple.ThroughtotheMPU6050gyrosc opetoreadgestures.AndR5F100LEAsingle-chipmicrocomputerasmaincontrolchip,Operationswithitsinternalresou rces,completethequaternionmatrixtransformationandattitudealgorithm ,harmony,andcorrect.Inviewofthefourrotoraircraftpowersourcefordcmot or,throughtheadoptionofPWMcontrolmethodformotorspeedadjustment, foradjustingthemotorspeed,implementchangestolift,andcontrolaircraft attitudeandpositionchanges.Weuseov7620cameratrackingmakeaircraft fromareaAtoareaB.Throughthestudyoffourrotorworkingmodeandthecon trolparametersofthePIDalgorithm,andprogrammingimplementation,sim ulationofthecorrespondingflightattitude,makefourrotoraircraftcanrealizeautonomousflight,hoveringcontrolindependentlyandcompletethesubje ctrequirements.keywords：Fourrotatingpropeller-drivenaircraft;PWM;PID目录1.系统方案论证与选择 (1)1.1姿态检测模块 (1)1.2电源模块 (2)1.3光电传感器模块 (2)2．系统理论分析与计算 (3)2.1姿态控制方法 (3)2.2电机驱动模块 (5)3．系统硬件电路设计与分析 (5)3.1电机驱动 (6)3.2姿态检测模块 (6)3.3MCU主控电路 (6)4．系统软件设计 (7)4.1中值窗口滤波算法 (8)4.2PID算法 (8)5.仿真测试与实飞 (9)5.1仿真测试 (9)5.2作品实物图 (10)5.3实飞测试 (11)6．结论 (12)参考文献 (I)多旋翼自主飞行器（C题）1.系统方案论证与选择随着传感器技术和控制理论的不断发展,尤其是微电子和微机械技术的逐步成熟使四轴飞行器的自主飞行控制变得易实现并成为国际上的热点研究对象。

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。

2014年电子设计竞赛四旋翼自主飞行器（G题）2013年9月11日目录摘要关键词 (1)一系统方案 (2)1.1控制系统的选择 (2)1.2飞行姿态控制的论证与选择 (2)1.3电机的选择 (2)1.4高度测量模块的论证与选择 (2)1.5电机调速模块的选择 (2)1.6循迹模块的方案选择 (2)1.7薄铁片拾取的方案的论证与选择 (2)1.8角速度与角加速度测量模块选择 (3)二设计与论证 (3)2.1控制方法设计 (3)2.1.1降落及飞行轨迹控制设计 (3)2.1.2飞行高度控制设计 (4)2.1.3飞行姿态控制设计 (4)2.1.4铁片拾取与投放控制设计 (4)2.2参数计算 (5)三理论分析与计算........................................................ (5)3.1Pid控制算法分析................................................................... ...........................5.3.2飞行姿态控制单元 (6)四电路与程序设计 (7)4.1系统组成 (7)4.2 原理框图 (7)4.3电路图 (8)4.4系统软件与流程图 (9)五测试方案与测试条件 (11)5.1测试方案 (11)5.2测试条件 (11)六结论 (11)附录 (12)附一：元器件明细表 (12)附二：仪器设备清单 (12)附三：源程序 (12)摘要：本系统由数据采集、数据信号处理和飞行姿态和航向控制部分组成。

系统选用STC89C52单片机作为主控芯片，对从MPU-6050芯片读取到的一系列数据进行PID算法处理并给飞行器的电调给出相应指令从而达到对飞行器的飞行姿态的控制。

采用MPU-6050芯片采集四旋翼飞行器的三轴角速度和三轴角加速度数据。

用红外传感器来检测出黑色指示线，以保证飞行器不脱离指定飞行区域及达到指定圆形区域。

四旋翼无人机小论文介绍四旋翼无人机是一种垂直起降的航空器，由四个对称排列的旋翼和一个机身组成。

由于其结构简单、操作稳定等优势，四旋翼无人机在农业植保、电力巡检、灾害救援等领域得到广泛应用。

本文将对四旋翼无人机的原理、应用以及存在的问题进行论述。

首先，四旋翼无人机的工作原理是通过改变四个旋翼的转速和倾斜角度来实现悬停、平稳飞行和机动操控。

四个旋翼通过斜向旋转形成向上的升力，控制各旋翼的转速和倾斜角度可以实现前进、后退、转弯等动作。

此外，四旋翼无人机还配备了传感器和控制系统，使其能够实现自主飞行和遥控操作。

其次，四旋翼无人机在各个领域都具有广泛的应用。

在农业植保领域，四旋翼无人机可以搭载喷洒设备，实现对农田的精准喷洒和巡查，提高农作物的收益和减少农药的使用。

在电力巡检领域，四旋翼无人机可以实现对电线、变压器等设备的安全巡检，提高巡检效率和降低巡检成本。

在灾害救援领域，四旋翼无人机可以搭载红外相机和多光谱相机，实现对灾区的、救援和监测。

此外，四旋翼无人机还可以应用于航拍摄影、地质勘探、环境监测等领域。

然而，四旋翼无人机也存在一些问题。

首先是飞行时间短。

由于其携带的电池容量有限，导致飞行时间较短，限制了其在一些应用场景的使用。

其次是飞行稳定性。

由于四旋翼无人机的结构特点，容易受到风速、风向等环境因素的影响，导致飞行不稳定。

第三是安全性。

无人机的误操作或故障可能会导致造成人员伤害和财产损失，因此无人机的安全性需要得到重视和规范。

为了解决这些问题，研究人员对四旋翼无人机进行了许多方面的改进。

例如，通过采用高能量密度的电池和能量管理系统，可以延长飞行时间。

通过引入惯性导航系统和风速传感器等设备，可以提高飞行稳定性。

通过加装碰撞预警系统和安全降落装置，可以提升无人机的安全水平。

总之，四旋翼无人机作为一种多功能的航空器，在农业、电力、救援等领域发挥着重要的作用。

尽管存在一些问题，但通过科技的不断进步和改进，相信四旋翼无人机将在未来得到更广泛的应用，并为人类带来更多便利和效益。

四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计论文四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计论文四旋翼飞行器的研究解决了众多的军用与民用上的问题。

下面由学术堂为大家整理出一篇题目为“四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计”的航天工程论文，供大家参考。

原标题：四旋翼控制系统的设计摘要：在充分考虑四旋翼飞行器功能及性能的基础上，给出了微型四旋翼飞行器的实现方案，采用RL78G13为核心处理器，采用MPU6050实现飞行姿态数据的采集，利用nRF24L01无线模块实现参数的无线传输，并进行了驱动电路、电源稳压电路、电池电压检测电路的设计。

针对四旋翼飞行器在工作过程中供电电压不断降低导致控制不稳的问题，采用电池电压反馈的控制策略有效解决了该问题。

在搭建的硬件平台上，编写了相应的控制程序，经过测试，实现了四旋翼飞行器的稳定控制。

关键词：四旋翼飞行器；姿态数据；无线传输四旋翼飞行器的研究解决了众多的军用与民用上的问题。

军方利用四旋翼飞行器进行侦查、监视、诱饵与通信中继，解决了人为操作困难的问题，甚至减免了人员的伤亡；而在民用上，四旋翼飞行器能够实现大气监测、交通监控、森林防火等功能，有效预防了危机的产生，而促使四旋翼飞行器得到广泛应用的前提，是实现其平稳飞行及自主运行[1].本设计以实现四旋翼飞行器的稳定悬停与按照预定轨道自主飞行为目标，旨在探索四旋翼飞行器的硬件结构与飞行原理，并通过实际调试，理解四旋翼飞行器的相关控制理论，并解决四旋翼飞行器在工作过程中由于供电电压不断降低导致控制不稳的问题。

1设计原理方案四旋翼飞行器的核心是利用MPU6050对其飞行过程中的三轴加速度与三轴角速度值进行采集，主控制器采用四元数方法及PID算法对姿态数据进行解算，并将计算后的PWM控制信号施加到电机上，进而实现对四旋翼飞行器的控制。

通过调研及综合目前四旋翼飞行器系统的特点及要求，确定了设计的性能及指标如下。

（1）通信功能：具有无线接口，实现飞行功能的无线设定。

2014-2015年大学生创业新基金项目结题论文作品名称：用于作物生长监测的飞行机器人学院：工学院指导老师：孙磊申报者姓名（团队名称）：李家强、梁闪闪、谈姚勇二〇一五年五月目录摘要 (3)关键词 (3)引言 (3)多旋翼农用无人机的发展简史 (4)作品设计方案1.1 飞行器的结构框架和工作原理 (5)1.2 硬件选择 (6)1.3硬件电路设计1.3.1：主控模块 (7)1.3.2：姿态传感器模块 (8)1.3.3：电源模块 (9)1.4 软件系统设计1.4.1：总体设计 (9)1.4.2：姿态解算实现 (10)参考文献 (11)附件1：作品实物图 (12)附件2：原件清单 (13)附件3 电路原理图 (14)附件4 部分程序（遥控器） (15)关于作物成产检测的飞行机器人的研究报告作者：李家强、梁闪闪、谈姚勇指导老师：孙磊（安徽农业大学工学院合肥市长江西路130号 230036）摘要:四旋翼飞行器通过排布在十字形支架四个顶端的旋翼，产生气动力，控制飞行器的升降、倾斜、旋转等。

本文主要讨论四旋翼飞行器所选用的单片机类型，以及选用此款单片机的原因。

通过PWM技术来调节飞行器的飞行状态，以MPU-6050为惯性测量器件。

所形成的飞行控制系统使得飞行器能达到较平稳的飞行姿态。

整体采用无线遥控控制，无线频波为2.51GHZ。

关键词：四旋翼飞行器、作物检测、飞行时间、飞行距离Abstract:through four rotor aircraft configuration at the top of the cross-shaped bracket four rotor, aerodynamic force, control aircraft movements, tilt, rotation, etc. This article focuses on four rotor aircraft chooses the types of single chip microcomputer and choose this single chip microcomputer. Through the PWM technology to adjust the aircraft's flight status, inertial measurement device for MPU - 6050. Formed by makes the aircraft flight control system can achieve a smooth flight. Overall the wireless remote control, wireless 2.51 GHZ frequency wave. Keywords: four rotor aircraft, crop detection, time of flight, flight distance引言：随着我国的经济迅速发展，农业种植的规模化、机械化、信息化。

第一页是空白页2017年全国大学生电子设计竞赛四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（C题）【本科组】2017年8月12日摘要本系统由数据信息采集、数据信号处理、飞行姿态稳定和航向控制部分组成。

系统选用瑞萨RX23T MCU单片机作为主控芯片，以STM32F103VET6为核心的飞控完成飞机自稳，通过超声波传感器来检测飞行高度，再通过瑞萨芯片分析并向飞控传递信号来保持或改变飞行状态。

利用无线信号发射接收装置来建立小车与飞行器之间的联系，完成配对后会有二极管和扬声器发出配对成功信号，再通过接收方位信号的改变来调整飞行姿态以完成跟随小车的目标。

关键词：瑞萨R5F523T5ADFM单片机STM32F103VET6最小系统板超声波测距PID算法无线收发模块目录1系统方案 (1)1.1 控制系统的选择 (1)1.2 飞行姿态控制的论证与选择 (1)1.3 高度测量模块的论证与选择 (1)1.4 电机及调速方案的论证与选择 (1)1.5 无线信号发射与接收模块的论证与选择 (2)2系统理论分析与计算 (2)2.1控制方案的设计与分析 (2)2.1.1 飞行器起飞及悬停方案设计 (2)2.1.2 飞行姿态控制设计 (2)2.1.3 飞行高度控制 (2)2.1.4 小车与飞行器联动设计 (3)2.2 参数的计算 (3)2.2.1 飞行稳定的PID计算 (3)2.2.2 高度控制的PID计算 (3)2.2.3 声光联动的参数设定 (3)3电路与程序设计 (3)3.1电路的设计 (3)3.1.1系统总体框图设计 (3)3.1.2 控制系统框图 (4)3.1.3 飞控系统框图 (4)3.1.4电源的选用 (5)3.2程序的设计 (5)3.2.1程序功能描述与设计思路 (5)3.2.2程序流程图 (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方案 (6)4.2 测试结果及改进 (6)附录1：电路原理图 (7)附录2：源程序 (9)四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由总控制模块、飞行控制模块、超声波测距模块、无线信号发射接收模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

冯如杯论文《四旋翼飞行器的设计与控制》院（系）名称机械工程及自动化学院作者姓名薛骋豪学号35071422指导教师梁建宏2008年3月22日四旋翼飞行器的设计与控制薛骋豪摘要四旋翼直升机，其主旋翼分成前后与左右两组，旋转时方向相反，因此与一般直升机最主要的不同点为四旋翼直升机不需要用尾旋翼来平衡机体。

因为四旋翼直升机为不稳定系统，因此需利用旋转专用的感测器：陀螺仪来感知机身的平衡程度并将讯号传送至微控制器，再通过微控制器内部程序的运算产生控制信号来控制机体上四个旋翼的转速，以维持整个机身的平衡促使四旋翼直升机能顺利飞行。

关键词：四旋翼、VTOL（垂直起降）、矩阵控制、AbstractQuadrotor, its main rotor divides into with two about groups from beginning to end, in opposite direction while rotating, so Quadrotor and does not need to fasten the wing and having the balance organism for four with the end with the main difference of general helicopter. Whether four fasten wing helicopter stable system, need to utilize and rotate the special-purpose detecting device. The gyroscope comes to perceive balancing the degree and conveying the signal to the little controller of the fuselage, and then produce the control signal to control four rotational speed of fastenning the wings on the organism through the operation of the procedure within the little controller, impel four to fly smoothly while Quadrotor for the balance of maintaining the whole fuselage.Key words: Quadrotor、VTOL(Vertical Take-Off and Landing)、matrix control目录1、绪论 (3)2、正文 (4)2.1、四旋翼直升机的动力学原理 (4)2.2、四旋翼直升机的控制系统 (6)3、结论 (9)4、致谢 (10)5、参考文献 (10)1、绪论关于四旋翼直升机系统的研究动机与其它飞行原理相比较，VTOL（垂直起降）系统有特性能够完成对其他飞行器来说非常困难的或者不可能执行的任务。

2017年全国大学生电子设计竞赛试题设计报告四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（C题）【本科组】廖聪，吴雨航，张锦华摘要：根据四旋翼飞行器飞行原理，首先根据设计方案采购了飞行器机体模型，选择合适的直流无刷电机作为系统动力装置，选取了功能强大且容易开发的微处理器、传感器和相关电子元器件，并做了大量的系统软硬件调试工作，最终完成了整体设计。

根据系统动力学模型设计控制算法，设计控制系统控制规律，主要包括两个控制回路姿态控制回路、位置控制回路。

在仿真软件平台上，进行控制算法验证及实验研究，优化飞行控制算法参数。

最后，设计实时性高的控制系统软件程序，进行相关实验调试工作，最终设计出能够实现一键飞行探测跟踪的四旋翼自主飞行器。

关键词：ATMEGA2560 瑞萨R5F523T5ADFM MPU6000陀螺仪超声传感器一、系统方案根据设计任务的要求，本系统包括飞行控制模块、驱动模块、飞行导航模块、测距模块等。

1、飞行控制模块的选择飞行控制模块是四旋翼自主飞行器的核心。

按照题目要求，飞行控制模块由ATMEGA2560处理器的开发板专门实现飞行控制算法。

为了实现自主飞行探测跟踪，必须要形成控制的闭环回路，必须要有检测和反馈系统状态的传感器，包括四旋翼的姿态、经纬度、航向、高度、空速、角速率等信号。

目前看来，国内外普遍应用MEMS器件来获取姿态、高度、空速、经纬度等信息。

此外这中间还需要有A/D采样电路、信号调理电路对采集的电信号进行必要的转换和简单的滤波。

针对四旋翼飞行器，控制方法有PID控制、反步法、滑模控制等飞行控制算法，我们采用经典的PID控制算法。

2、驱动模块的选择方案一：采用普通直流电机。

普通直流电机有价格低廉、使用简单等优点，但其扭矩较小，可控性差，此系统要求控制精度高、速度快、且质量要小，所以直流电机一般不能满足要求。

方案二：采用无刷直流电机，其具有响应速度快、较大的启动转矩，从零转速至额定转速具备可提供定转矩的性能。

四旋翼⽆⼈机⼩论⽂介绍四旋翼⽆⼈机⾃适应导航控制通过在课堂上⽼师讲解的关于导航和制导的⼀些基本知识，我对导航这门学问产⽣了极其浓厚的兴趣。

在课下，我通过⾃⼰查找⼀些相关的⽂献和资料对于导航的知识进⾏了进⼀步的学习，下⾯我将针对“四旋翼⽆⼈机⾃适应导航控制”这篇论⽂，对我学习到的⼀些基础知识进⾏⼀下简要的介绍。

但由于时间以及知识储备有限，所以并没有作深⼊的研究。

⾸先，本篇论⽂主要研究的内容是四旋翼（Quadrotor）⽆⼈机的导航问题。

解决了传统导航⽅法的⽬标定位误差和实时性差等问题。

主要采取的控制⽅法是基于CLOS技术的导航控制⽅法。

下⾯我将针对论⽂中的每个部分进⾏简要的介绍，并阐述⼀下我所学习到的⼀些基本知识。

1. 引⾔在第⼀部分“引⾔”中，作者主要针对现阶段四旋翼⽆⼈机在国内外的⼀些基本发展现状进⾏了简要的介绍，并说明了本篇论⽂所解决的问题所具有的⼀些实际的意义，最后概括的介绍了基于CLOS技术的导航控制⽅法的⼀些基本情况。

通过查阅相关资料，我主要有以下两个⽅⾯的收获：第⼀，是关于四旋翼⽆⼈机的基本发展情况的了解。

从国内情况来看，国内四旋翼⽆⼈机的研究⽔平相对滞后，同⼀些科技相对发达的国家尚有⼀定差距；其次，国内的⽆⼈机研究近些年来主要集中在北航，南航等⼀些知名的院校，主要研究的课题包括⽆⼈机的⾃主导航试飞等⽅⾯。

从总体情况来看，国内的四旋翼⽆⼈机领域开发不深，有许多可以深⼊探究的地⽅。

与国内相⽐，国外的四旋翼⽆⼈机研究⽔平则相对较⾼，国外⽆⼈机的发展在⼀定程度上是和⼀些科研竞赛是息息相关的。

⽐较知名的如“国际空中机器⼈⼤赛(IARC)”，该项赛事在⼀定程度上反映了国际上对⽆⼈机研究的程度，是⼀项国际公认的⽐赛。

此外，我还了解到了⽆⼈机的发展历史，下⾯做简要的阐述：1.1907年，法国Breguet兄弟制造了第⼀架四旋翼式直升机Breguet -Richet “旋翼机 1 号”，这次飞⾏中没有⽤到任何的控制，所以飞⾏稳定性是很差。

全国大学生电子设计大赛作品报告Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（c题）2015 年8月15 日摘要旋多翼自主飞行器由RL78/G13MCU板（芯片型号R5F100 LEA）,STM32单片机模块(加SD卡)，CMOS摄像头，A2212/13T新西达电机。

STM32单片机输入信号到RL78/G13MCU板，启动飞行器和CMOS摄像模块，RL78/G13MCU飞控模块矫正飞行器在空中的姿态，实现悬停,前进,后退等功能，CMOS模块将拍摄的视频内容存储在STM32模块内置的SD卡里。

当飞行到目的地时各模块自动停止工作。

飞行器能一键式启动，并开始航拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。

目录目录1. 方案论证与比较四旋翼算法方案方案一：采用欧拉角法欧拉角法静止状态，或者总加速度只是稍微大于g 时，由加计算出的值比较准确。

使用欧拉角表示姿态，令Φ,θ和Φ代表ZYX 欧拉角，分别称为偏航角、俯仰角和横滚角 。

载体坐标系下的 加 速 度(axB,ayB,azB)和参考坐标系下的加速度(axN, ayN, azN)之间的关系可表示为(1)。

其中 c 和 s 分别代表 cos 和 sin 。

axB,ayB,azB 就是mpu 读出来的三个值。

这个矩阵就是三个旋转矩阵相乘得到的，因为矩阵的乘法可以表示旋转。

axB c c c s s axN ayB c s s s c c c s s s s c ayN azB s s c s c s c c s s c c azN θψθψθφψφθψφψφθψφθφψφθψφψφθψφθ-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+-+⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (1)飞行器处于静止状态，此时参考系下的加速度等于重力加速度，即00xN yN zN a a g a ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ （2） 把（2）代入（1）可以解:arctg θ= （3）yBzBa arctg a φ⎛⎫=⎪⎝⎭ （4）即为初始俯仰角和横滚角，通过加速度计得到载体坐标系下的加速度即可将其解出，偏航角可以通过电子罗盘求出。