小型四旋翼无人机组机方案

多旋翼无人机协同编队飞行控制研究方案摘要：无人机协同编队飞行控制已经成为时代热题。

本文主要是对MMR之间、MMR与GCS之间的通信模式进行穷尽，并对CFF组织架构，3架MMR编队的几何结构进行总结概括，重点分析了CFF队形与所执行任务之间的内在关系。

在对CFF控制问题上主要总结了主-僚机控制方式及其常规问题和整体式飞行控制方案的研究。

并最终对MMR故障、GCS故障、编队阵型故障、其它应急情况下的容错机制、队形重构机制的研究MMR编队内部避障、整体避障问题研究进行了总结概括。

关键字：通信模式多旋翼无人机协同编队控制方式故障诊断与应急措施一、序言无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）是现代战争中重要的作战武器，能够代替有人机执行多种复杂危险的任务。

尽管如此,单架的UAV 执行任务时仍存在相应的问题,如执行侦察任务时,单架UAV可能会受到传感器的角度限制,不能从多个不同方位对目标区域进行观测,当面临大范围搜索任务时，不能有效地覆盖整个侦察区域;而如果是执行攻击任务,同样,单架UAV在作战范围、杀伤半径、摧毁能力以及攻击精度等方面受到的限制,会影响整个作战任务的成功率。

另外,一旦单架UAV中途出现故障，必须立即中断任务返回,在战争中有可能贻误战机而破坏整个战计划。

针对以上现状,多年来人们通过分析生物群体的社会性现象,如模仿群鸟迁徙过程中,其队形保持、节省能量以及协同对抗天敌等能力,来解决目所关注的问题,其目的是为了尽可能地发挥单架UAV的作用,实现多UAV协同编队飞行的控制、决策和管理,从而提高UAV完成任务的效率,拓宽UAV 使用范围,达到安全、高可靠性地执行多种任务的目的。

无人机技术经过几十年的发展已经相对成熟,在军事和民用中发挥了独特的作用。

为了适应未来的挑战,除了提高单机的功能和效用外,还需要考虑如何以现在的技术为基础,发展更加有效的无人机管理和组织模式。

无人机编队飞行是近年来提出的无人机合作化发展方向中的一个核心概念。

蝴蝶状四旋翼无人机设计说明1主控制器电路设计STM32F103RCT6是STM32家族中性能比较高端的单片机，将单片机作为基于视觉的四旋翼路径跟踪系统的主控控制器芯片，其内核主要是Cortex-M3。

处理速度快，工作效率高。

2. STM32F103最小系统其STM32F103RCT6、电源相关的模块、有关MCU的复位装置、对信号产生时钟周期的模块，以及下载调试电路都属于最小系统。

与其他型号的的MCU相比较而言，因为内部的通讯接口、I/O口以及高级定时器等设置则使工作更加快捷高效。

供电电路：官方公示的正常运行电压为2V至3.6V。

其正常工作必需的1.8V电源不但可以通过电池等提供还可从其MCU内部设置的调节器来调节得到，用来在应对突发断电的时候，使单片机依然能够正常工作，维持单片机的数据存储和RTC实时时钟的正常工作。

复位电路：按下按键，复位RESET引脚接地，复位引脚电平被拉低，单片机产生低电平复位。

按键松开后，电源通过上拉电阻给电容充电，RESET引脚电压逐渐增加，最终以电源达到3.3v以结束这一复位过程。

如上图所示的复位电路中电容的主要的功能是通过提供一定的脉冲信号以其宽度这一性质产生复位信号。

时钟电路：共有五个时钟源在 STM32中，分别为 HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

ST官方推荐的时钟信号来源是外接8M晶振,通过PLL进行9倍频，产生72M的时钟源，为单片机提供时钟信号，这个就是系统时钟。

3. 九轴姿态角输出模块JY-901JY-901模块内部了集成高精度的三轴陀螺仪、三轴加速度计、地磁场传感器，角度传感器，通过模块上的高性能单片机，配合卡尔曼滤波算法，，能够准确的，快速的解算出当前模块的运动状态。

且解算出的运动精度可达0.01度，且输出的数据稳定，可直接使用。

JY-90模块有着串口和IIC两种通讯接口，可以方便与各种型号的单片机链接。

其中串口的输出速率为标准的2400bps~921600bps之间，IIC接口速度最快可达400K。

四旋翼无人机设计与制作毕业论文摘要：无人机作为一种重要的航空器，具有广泛的应用前景。

本论文以四旋翼无人机为研究对象，通过对其设计与制作的实践，在硬件和软件方面进行详细阐述。

主要包括无人机的结构设计、电路设计以及飞行控制系统的编程。

通过实际测试，验证了该无人机的飞行性能。

关键词：无人机、四旋翼、设计、制作、飞行控制系统第一章引言无人机是一种可以在没有人操控的情况下自主飞行的航空器。

其广泛应用于航拍、农业、交通、救援等领域。

四旋翼无人机作为一种应用广泛的无人机，具有结构简单、稳定性好的特点。

因此本论文以四旋翼无人机为研究对象，旨在通过具体的设计与制作过程探究其相关技术和原理。

第二章无人机的结构设计2.1无人机的基本组成部分2.2机身设计机身的设计要考虑到材料的轻量化和强度的要求。

一般使用轻质的碳纤维材料制作机身，同时增加机身的刚性，提高结构的强度和稳定性。

2.3电机和螺旋桨设计电机是驱动四旋翼无人机飞行的关键器件，其选型要根据负载和飞行需求来确定。

同时，螺旋桨的选择也要考虑到机身的尺寸和重量，以及飞行的稳定性。

第三章无人机的电路设计3.1电路原理图设计根据四旋翼无人机的功能要求，设计相应的电路原理图。

主要包括电源供给电路、电机驱动电路和飞行控制系统。

3.2电路板制作将电路原理图转化为实际的电路板，并通过蚀刻和钻孔等工艺制作出来。

可使用CAD软件进行设计，选择合适的印刷电路板材料，然后通过化学方法蚀刻出电路线路图。

第四章无人机的飞行控制系统的编程4.1控制算法设计无人机的飞行控制系统是其能够自主飞行的关键。

通过对四旋翼无人机的姿态控制、高度控制和速度控制等方面进行算法设计。

4.2编程实现基于设计出的控制算法，利用C语言等编程语言进行实际代码的编写。

通过传感器采集到的数据以及飞行控制系统的指令进行相应的处理，并将处理结果发送给无人机的执行机构（电机）。

第五章实验与结果分析通过将设计好的无人机进行实际测试，对其飞行性能进行验证。

• 181•无人机技术的快速发展，在日常生活中越来越常见，目前人们主要是在无人机上装上相机，以航拍为主。

为了扩大无人机的应用我们采用了在无人机下面安装一个轻型机械臂来进行生活中的实际应用，实现了高空作业人们做不到的一些操作，例如高空电线的简单悬挂问题。

其中存在的缺点持续性不强。

其中优点也很明显轻便、可操作性强，机械臂能进行一些简单的作业增加了其实操性，提高了安全性。

1 四旋翼无人机飞行基本原理整体上旋翼对称分布在机体的4个轴上，四个旋翼要求处于同一高度平面，且四个旋翼的整体以及半径都要求相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，机架中间平台安装飞行控制器、外部设备和电子调速器。

通过计算机控制电子调速器来调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。

然后再无人机上安装机械臂并且能够通过飞控进行控制。

在图1中，四旋翼无人机的电机1和3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x 轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。

图1 无人机4种运动图2 硬件部分我们采用的是以PIXHAWK2.4.8飞控为主的无人机的硬件设计。

飞控有极强的输出能力：可以对14个舵机输出PWN ，其中8个输出引脚带失效保护功能，可进行人工设定。

6个输出引脚可用于输入，并且全部支持高压舵机。

还拥有大量外设接口，如：UART ，I2C ，CAN 。

在飞翼模式中，可使用飞行中备份系统，可设置、可存储飞行状态等数据。

外置安全开关、全色LED 智能指示灯、外接式大音量智能声音指示器。

可插拔式microSD 卡控制器，可以进行高速数据记录。

在电源方面，所有外设输出带有功率保护，所有输入带有静电保护，多余度供电系统，可实现不间断供电。

如图2。

四旋翼飞行器的设计查重98%四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置.通过调节电机转速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求.一．微小型四旋翼飞行器的发展前景根据微小型四旋翼飞行器发展现状和相关高新技术发展趋势，预计它将有以下发展前景。

1 )随着相关研究进一步深入，预计在不久的将来小型四旋翼飞行器技术会逐步走向成熟与实用。

任务规划、飞行控制、无 G P S 导航、视觉和通信等子系统将进一步健全和完善，使其具有自主起降和全天候抗干扰稳定飞行能力。

它未来的主要技术指标：任务半径 5 k m，飞行高度 1 0 0 m，续航时间 1 h ，有效载荷约 5 0 0 g ，完全能够填补目前国际上在该范围内侦察手段的空白。

2 )未来的微型四旋翼飞行器将完全能够达到美国国防预研局对 M A V基本技术指标的要求。

随着低雷诺数空气动力学研究的深入，以及纳米和 M E MS 技术的发展，四旋翼 M A V必然取得理论和工程上的突破。

它将是一种有 4个旋翼的可飞行传感器芯片，是一个集成多个子系统 ( 导航与控制、动力与能源、任务与通信等子系统) 的高度复杂ME M S系统；不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行，还能飞临、绕过甚至是穿过目标物体。

此外，它还将拥有良好的隐身功能和信息传输能力。

3 )微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应在未来的战争中，微小型四旋翼飞行器的任务之一将是对敌方进行电子干扰并攻击其核心目标。

单个微小型飞行器的有效载荷量毕竟有限，难以有效地完成任务，而编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量，还能够增强其突防能力。

组装多旋翼无人机的步骤包括以下几点：
1.计算飞行重量。

根据飞行要求计算要添加的器材的重量，包括
电机、电调、电池、图传系统和云台等。

2.计算飞机所需要的升力。

升力需要稍微大于飞机自重，以使飞
机可以悬停。

3.寻找合适动力的动力系统。

根据计算得到的升力选择合适的电
机和螺旋桨。

4.机架的组装。

5.动力系统的组装。

6.飞控系统的组装。

7.遥控装置的组装和任务载荷的组装等。

在组装过程中，有些步骤可以适当的调整顺序，如动力系统和飞控系统的组装，这两个步骤可以并行进行。

旋翼无人机的组成部分1、动力系统（1）电动机小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）大都选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。

（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，当前市场上的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz。

（3）电调连接板电调连接板，其本质为一块电源配电板，用于简化电池与电调、电调与飞控之间的电气连接，同时可以避免导线拆装时的反复焊接。

（4）桨叶桨叶与电机的搭配主要是从机架大小、能否提供足够动力这两方面进行考虑。

（5）电池现在几乎所有的四旋翼无人机都使用锂电池，主要考量电池的容量、放电速率、自身重量。

如：ACE格瑞普2200mAh锂电池，充电倍率20C，重量186g，尺寸25mm*34mm*105mm2、支撑和外观系统支撑和外观系统（机架）是指无人机的承载平台，所有设备都是用机架承载起来飞上天上的，所以无人机的机架好坏，很大程度上决定了这部无人机的使用寿命。

衡量一个机架的好坏，可以从坚固程度、使用方便程度、元器件安装是否合理等等方面考察。

现在常见的无人机，多数指多轴飞行器的形式，机架的组成大同小异，主要由中心板、力臂、脚架组成，有结构简单的特点。

多轴飞行器的轴数，从两轴开始，到十多轴都有，但常见的还是以4、6、8轴为主。

轴数越多、螺旋桨越多、机架的负载就越大，但相对地结构也就变得越复杂。

3、飞控制系统（1）飞控原理四旋翼飞行器的控制系统分为两个部分：飞行控制系统和无刷直流电机调速系统。

飞行控制系统通过IMU惯性测量单位（由陀螺传感器和加速度传感器组成）检测飞行姿态，通过无线通讯模块与地面遥感器通讯。

4个无刷直流电机调速系统总线与飞行控制器通信，通过4个无刷直流电机的转速来改变飞行姿态，整个系统采用低压电池供电。

四旋翼飞行器是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。

由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。

四旋翼无人机控制方法研究随着科技的不断发展，无人机已经成为了现代航空技术的一个重要组成部分。

四旋翼无人机由于其灵活性和易于操控的特点，已经成为了航拍、物流、农业、应急等领域的重要工具。

然而，四旋翼无人机的控制问题一直是无人机研究的热点之一。

本文将从四旋翼无人机的基本结构、运动模型和控制方法三个方面来探讨四旋翼无人机的控制方法研究。

一、四旋翼无人机的基本结构四旋翼无人机是一种翼展非常小的无人机，其基本结构包括四个旋翼、机身和飞控系统。

四个旋翼均匀分布在机身四个角落，通过无刷电机驱动旋翼快速旋转产生升力和推力。

机身部分包含电池、航空电子设备、传感器等。

飞控系统负责控制四旋翼无人机的姿态、定位和航线飞行等。

二、四旋翼无人机的运动模型为了更好地控制四旋翼无人机，需要首先了解其运动模型。

四旋翼无人机可以看作是一个刚体，其运动状态可以用欧拉角（俯仰角、翻滚角、偏航角）来描述。

四旋翼无人机的运动可以分为三个方向：竖直方向、水平方向和偏航方向。

其中，竖直方向的运动由四个旋翼同时产生的升力控制；水平方向的运动由旋翼的扭矩和倾斜控制实现；偏航方向的运动由旋翼的产生的气流的方向控制。

三、四旋翼无人机的控制方法1. 经典PID控制方法PID控制器是一种经典的控制器，其输出信号取决于误差信号（当前值与目标值之间的差异）、偏差信号（当前误差与前一次误差的差额）和积分信号（误差信号的总和）等。

经过连续地调节PID控制器的参数，可以实现四旋翼无人机的稳定控制。

2. 自适应控制方法自适应控制方法能够根据环境和被控对象的变化自动调整控制参数，适应各种不同情况。

这种方法可以提高系统的适应性和鲁棒性，但是需要较为复杂的算法和模型。

3. 模型预测控制方法模型预测控制方法是一种较为新颖的控制方法，其基本思想是通过构建四旋翼无人机的运动模型来预测其未来的运动轨迹，并通过优化预测结果来进行控制。

这种方法可以提高四旋翼无人机的控制精度和效率，但需要较高的计算能力和精确的运动模型。

2019年9月匹配,确定用户的语义,根据语义执行系统预先设计好的执行操作。

随着科技的不断进步,当今的2019年,以小爱同学为代表的人工智能已经在智能手机中发挥着重要的作用,而其功能也不只局限于识别语音,更多的则是通过与网络以及大数据的结合,实现自主更新数据,自主学习目前网络中或者最近的热词,使得用户能够更加便捷的手机之间进行信息交流,通过用户的使用,不断学习用户的使用习惯,进行后台数据库记录,实现微型计算机的人性化,独特化,不再只是单一的进行语音操作。

人工智能是未来微型计算机发展必不可缺的重要方向,当今网络资源共享化已经是人工智能赖以生存的环境,人工智能将以更新的面容面向用户。

5结语大数据时代,人工智能在计算机网络技术中的应用越来越广泛,并呈现出更加蓬勃的发展趋势与更加广阔的发展方向,我国国内基于大数据时代下的人工智能发展尚处于初级阶段,在计算机领域缺少相应的科研技术人才,但人工智能必将在大数据支持的基础下,在计算机网络中取得更快的发展,发挥更多更大的作用。

参考文献[1]张宏涛.大数据背景下人工智能在计算机网络技术中的运用[J].电子技术与软件工程,2018(06):253.[2]谢晓辉.大数据时代背景下人工智能在计算机网络技术中的应用研究[J].智库时代,2017(17):188+191.[3]李世锋.大数据时代人工智能在计算机网络技术中的应用[J].电子技术与软件工程,2017(23):259.收稿日期：2019-7-18基于嵌入式开发的小型四旋翼无人机系统设计王照兵，石佩玉，李凯，王阳，李康（河北水利电力学院电气工程学院，河北沧州061001）【摘要】本文研究了基于STM32F411CEU6嵌入式开发板小型四旋翼无人机的系统设计，完成了电机、传感器、无线通信等硬件电路设计。

并基于姿态解算和串极PID控制，提出小型四旋翼无人机的算法流程，实现无人机稳定飞行。

【关键词】STM32；NRF51822；串极PID【中图分类号】V249【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2019）09-0210-021小型四旋翼无人机的系统组成小型四旋翼无人机主要是由电机、电调、电池、桨叶、机架、遥控器、飞控组成。

四旋翼飞行器设计方案四旋翼飞行器设计方案一、项目背景为了满足近年来快递、悬停摄影、新闻采集等领域对于无人机需求的不断增加，我们设计了一款四旋翼飞行器。

该飞行器具有稳定、灵活、高效的特点，可广泛应用于各种领域。

二、设计要求1. 飞行器稳定性要求高，能够在不同天气和环境条件下稳定飞行2. 飞行器的机动性要好，能够完成各种复杂动作3. 飞行器具有自主导航、避障和悬停等功能4. 飞行器的载荷能力要较强，能够携带相机等设备进行悬停摄影和新闻采集5. 飞行器的续航能力要长，能够在一次充电之后持续飞行时间较长三、设计方案1. 结构设计：a. 飞行器采用四旋翼结构，旋翼通过电机、螺旋桨和转子连接器连接。

b. 飞行器机体由轻质材料制成，以减轻整体重量。

c. 飞行器具有折叠设计，方便携带和存放。

2. 稳定性设计：a. 飞行器配备三轴陀螺仪和加速度计，能够实时感知飞行姿态，保持平稳飞行。

b. 飞行器的旋翼具有可调节桨叶角度的功能，能够在飞行时根据需要调整旋翼的角度，提高飞行稳定性。

3. 机动性设计：a. 飞行器的旋翼速度可调节，能够实现前进、后退、上升、下降、转弯等各种动作。

b. 飞行器配备高精度数传遥控系统，能够精确控制飞行器的动作，保证飞行器的机动性。

4. 功能设计：a. 飞行器配备GPS导航系统，能够实现自主导航功能，能够根据预设的路径自动飞行。

b. 飞行器配备避障传感器，能够感知前方障碍物，自动避开，确保安全飞行。

c. 飞行器具有悬停功能，能够在空中静止悬停，保持稳定飞行。

5. 载荷能力设计：a. 飞行器结构坚固，能够承载相机等设备进行悬停摄影和新闻采集。

b. 飞行器具有电池可更换设计，能够根据需要调整电池数量，提高载荷能力。

6. 续航能力设计：a. 飞行器采用高效能源管理系统，能够在一次充电之后持续飞行时间较长。

b. 飞行器具有低能耗设计，能够减少能源消耗，延长飞行时间。

四、总结通过以上设计方案，我们设计出了一款稳定、灵活、高效的四旋翼飞行器。

基于STM32+MPU6050的小型四旋冀无人机设计作者：何枫杨凤年何文德来源：《电脑知识与技术》2020年第19期摘要：设计了一款基于STM32微控制器和六轴运动处理传感器的小型四旋翼无人机。

它采用STM32F103C8作为微控制器，利用MPU6050感应无人机的实时加速度和角速度信息，通过Wi-Fi通信获得遥控指令，并结合串级PID控制算法，对姿态信息进行解算，最终生成并输出控制电机转速所需的PWM波，使无人机稳定飞行。

关键词：四旋翼无人机;STM32;飞行控制中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2020）19-0213-02开放科学（资源服务）标识码（0SID）：随着信息技术、传感器技术和微机电技术的迅猛发展，无人机技术的研究已成当今的研究热点之一。

若以外形结构来分类，无人机可分为固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机等类型。

而多旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、负载能力强等特点，具有非常广阔的应用前景，其中，四旋翼无人机以其结构简单，操控方便等优点，被广泛应用于军事和民用领域，其应用场景包括如航空测量、航空施药、空中摄影、环境监测、货物投送、灾害现场搜救、电力石油基础设施巡检等领域。

1 总体方案設计根据机翼与飞行方向的相对布局方式的不同，四旋翼无人机可分为十字型和X型两种模式。

十字型无人机的机头方向指向某个旋翼，而X型无人机的机头方向则指向两个旋翼的正中间。

十字型无人机因其机头方向明确，飞行控制相对简单;X型无人机三轴的姿态调整至少需要操控两个电机，因此操作更为快速灵活，适合特技飞行，也便于扩展功能。

因此，本文采用X型四旋翼无人机方案。

无人机系统由无人机和遥控器两部分组成，用户利用手机APP通过Wi-Fi无线通信实现对无人机的远程控制，无须配备专用遥控器，在Wi-Fi网络环境下，打开智能手机上的专用遥控APP，可对无人机进行遥控。

Wi-Fi和蓝牙技术一样，同属于短距离无线技术，与蓝牙技术相比，它具备更高的传输速率，更远的传播距离，已经广泛应用于笔记本、手机、汽车等广大领域中，因此，相对于蓝牙通信，利用Wi-Fi无线通信遥控无人机，具有更快的响应速度和更远的控制距离。

md4-1000型四旋翼无人机系统介绍一、系统组成“md4”系列四旋翼无人机系统由五个主要部分组成：飞行器、数字遥控器、地面站系统、机载任务设备和附属设备。

飞行器是无人机系统的主体，根据指令完成飞行任务。

数字遥控器用于对飞行器的实时操作，可以实时监控飞行器的各项状态指标。

地面站系统主要由笔记本电脑和微波信号传输系统构成，可以通过微波，实时接收飞行器上机载设备拍摄的实时影像，以及实时监控飞行的各项状态指标。

机载任务设备根据客户需要，可选配不同类型的酬载设备，如数码相机、高清摄像机、微光摄像机、红外摄像机等，完成不同的拍摄任务。

附属设备包括电池、充电箱、数据线等系统配件。

飞行器数字遥控器一体化地面站机载任务设备附属设备二、系统技术参数三、系统特性1、可以定点悬停，稳定地拍摄感兴趣区域地物；2、可以根据GPS信号，按照线路规划自主航行；没有GPS信号时也可以进行飞行，甚至在室内飞行；3、具有高性能平衡云台，可以在大风中依然保证酬载设备得到稳定的目标影像；4、可以搭载高清摄影机、高画质的相机等设备，并可以进行自由调焦，以得到目标部位最清晰的影像；5、数传系统抗干扰性强，可以在距离电力线设备最近3m位置拍摄而信号不受干扰；6、工业性能好，可以在强风、大雨的情况下正常起飞、作业，在紧急情况下也可以完成任务；7、操作简单，熟练的话，一个人即可进行操作；新手的话，两个人配合即可进行操作；8、具备电量安全提示，当电量低于额定值时报警，当电量低于最低电压时即便人不在现场也可以自动执行降落操作，保证无人机系统的安全；9、采用微波作为数传系统，地面端可以实时得到高清影像；10、具有电子围栏功能，具备位置记忆功能，可以在无操作的情况下，自动回到原来的位置悬停拍摄；11、对起飞场地没有要求，3×3m的场地即可实现垂直起降；12、电机具有优良的散热性能，可以在每次飞行结束后更换电池进行再次飞行，达到全天作业的目的；13、无人机拆卸、安装时间短，可以到达目的地后，快速作业；14、耐高温、耐严寒，可以在一些特殊情况下也正常作业；15、培训简单，可以让无任何飞行经验的操控手在一周内完全掌握；16、单次飞行成本低，无人机使用寿命长，单架系统可以进行10万小时以上的重复飞行。

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摘要四旋翼飞行器是一种四螺旋桨驱动的、可垂直起降的飞行器，这种结构被广泛用于微小型无人飞行器的设计，可以应用到航拍、考古、边境巡逻、反恐侦查等多个领域，具有重要的军用和民用价值。

四旋翼飞行器同时也具有欠驱动、多变量、强耦合、非线性和不确定等复杂特性，对其建模和控制是当今控制领域的难点和热点话题。

本次设计对小型四旋翼无人直升机的研究现状进行了细致、广泛的调研，综述了其主要分类、研究领域、关键技术和应用前景，然后针对圆点博士的四旋翼飞行器实际对象，对其建模方法和控制方案进行了初步的研究。

首先，针对四旋翼飞行器的动力学特性，根据欧拉定理以及牛顿定律建立四旋翼无人直升机的动力学模型，并且考虑了空气阻力、转动力矩对于桨叶的影响，建立了四旋翼飞行器的物理模型；根据实验数据和反复推算，建立系统的仿真状态方程；在Matlab环境下搭建了四旋翼飞行器的非线性模型。

选取四旋翼飞行器的姿态角作为控制对象，借助Matlab模糊工具箱设计了模糊PID控制器并依据专家经验编辑了相应的模糊规则；通过仿真和实时控制验证了控制方案的有效性，并在此控制方案下采集到了输入输出数据；利用单片机编写模糊PID算法控制程序，实现对圆点博士四旋翼飞行器实物的姿态控制。

本设计同时进行了Matlab仿真和实物控制设计，利用模糊PID算法，稳定有效的对四旋翼飞行器的姿态进行了控制。

关键词：四旋翼飞行器；模糊PID；姿态控制ⅠAbstractQuadrotor UA V is a four propeller driven, vertical take-off and landing aircraft, this structure is widely used in micro mini unmanned aerial vehicle design and can be applied to multiple areas of aerial, archaeology, border patrol, anti-terrorism investigation, has important military and civil value.Quadrotor UA V is a complicated characteristic of the complicated characteristics such as the less drive, the multi variable, the strong coupling, the nonlinear and the uncertainty, and the difficulty and the hot topic in the control field.Research status of the design of small quadrotor UA V were detailed and extensive research, summarized the main classification, research areas, key technology and application prospect of and according to Dr. dot quadrotor actual object, the modeling method and control scheme were preliminary study.First, for the dynamic characteristics of quadrotor UA V, dynamic model of quadrotor UA V is established according to the theorem of Euler and Newton's laws, and consider the air resistance and rotation torque for the effects of blade, the establishment of the physical model of the quadrotor UA V; root according to experimental data and repeated calculation, the establishment of system simulation equation of state; under the MATLAB environment built the nonlinear model of the quadrotor UA V Select the attitude of the quadrotor angle as the control object, with the help of matlab fuzzy toolbox to design the fuzzy PID controller and according to experience of experts to edit the corresponding fuzzy rules; through the simulation and real-time control verify the effectiveness of the control scheme, and this control scheme under the collection to the data input and output; written by SCM fuzzy PID control algorithm, dots, Quad rotor UA V real attitude control. The design of the Matlab simulation and the physical control design, the use of fuzzy PID algorithm, the stability of the four rotor aircraft attitude control.Keywords:Quadrotor UA V;F uzzy PID;Attitude controlⅡ目录摘要（中文） (Ⅰ)摘要（英文） (Ⅱ)第一章概述 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 四旋翼飞行器的研究现状 (2)1.3 四旋翼飞行器的关键技术 (5)1.3.1 数学模型 (6)1.3.2 控制算法 (6)1.3.3 电子技术 (6)1.3.4 动力与能源问题 (6)1.4 本文主要内容 (6)1.5本章小结 (7)第二章四旋翼飞行器的运动原理及数学模型 (7)2.1四旋翼飞行器简介 (7)2.2 四旋翼飞行器的运动原理 (8)2.2.1 四旋翼飞行器高度控制 (8)2.2.2 四旋翼飞行器俯仰角控制 (9)2.2.3 四旋翼飞行器横滚角控制 (9)2.2.4 四旋翼飞行器偏航角控制 (10)2.3四旋翼飞行器的数学模型 (11)2.3.1坐标系建立 (11)2.3.2基于牛顿-欧拉公式的四旋翼飞行器动力学模型 (12)2.4 本章小结 (15)第三章四旋翼飞行器姿态控制算法研究 (15)3.1模糊PID控制原理 (15)3.2 姿态稳定回路的模糊PID控制器设计 (16)3.2.1 构建模糊PID控制器步骤 (17)3.2.2 基于Matlab的姿态角控制算法的仿真 (22)3.3 本章小结 (25)第四章四旋翼飞行器飞行控制系统软件设计 (25)4.1 模糊PID控制算法流程图 (25)4.2 系统实验及结果分析 (26)4.3 本章小结 (27)第五章总结与展望 (28)5.1 总结 (28)5.2 展望 (28)参考文献 (28)第一章概述有史以来，人类一直有一个梦想，那就是可以像蓝天上自由翱翔的鸟儿一样。

四旋翼无人机设计与制作毕业论文标题：四旋翼无人机设计与制作摘要：随着无人机技术的发展与广泛应用，四旋翼无人机成为了目前市场上最常见的无人机之一、本论文对四旋翼无人机的设计与制作进行研究，并详细介绍了设计思路、飞行控制器选用、整体结构设计以及实际制作过程。

最终通过实验验证了设计方案的可行性与有效性，并对无人机的未来发展进行了展望。

一、引言无人机作为一种新兴的飞行器，广泛应用于军事、民航、航测等领域。

其中四旋翼无人机由于其结构简单、操作容易、机动性好而备受瞩目。

因此，设计与制作一台稳定、可靠的四旋翼无人机具有很高的现实意义。

二、设计思路本论文选择了X型四旋翼的结构，通过电机及相应的叶片产生协同作用，实现四旋翼的稳定飞行。

首先，确定无人机的使用目的，然后确定设计的主要指标，例如飞行时间、载荷能力等。

接下来，根据主要指标和材料性能选用相关部件，并进行整体结构设计。

三、飞行控制器选用飞行控制器是无人机的核心部件，起到飞行稳定性控制的作用。

在本论文中，采用了先进的飞控行业中广泛应用的飞控PX4、通过与传感器、执行器等硬件的连接，完成对无人机飞行状态的监测与控制。

四、整体结构设计通过根据飞行控制器的要求设计机身结构，保证传感器的稳定性与可靠性。

同时，根据载荷能力要求设计相应的云台结构，使无人机具有较大的灵活性，适应不同任务的需求。

在设计过程中，需要考虑重量分配和整体结构的强度，确保无人机的安全与稳定。

五、实际制作过程在制作过程中，根据设计方案拟定材料清单，并选择符合规格要求的电机、无人机螺旋桨、电子元器件等进行购买和组装。

然后，按照设计方案将各个部件进行装配，最后进行整体调试与测试。

六、实验验证通过对设计制作的四旋翼无人机进行实验验证，测试其飞行稳定性、载荷能力等性能指标。

结果显示，设计的无人机能够实现稳定、可靠的飞行，并具备较好的载荷能力，能满足实际工作的需求。

七、未来展望虽然本论文设计与制作的四旋翼无人机取得了较好的成果，但仍存在一些局限性，比如飞行时间短、控制精度有限等。

如何自己组装和调试四旋翼无人机-航天工程论文-工程论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：首先介绍了四旋翼无人机的结构和组成，然后详细研究了它的组装和调试，最后分析组装调试中遇到的一些问题。

关于四旋翼无人机的组装，可在焊接组装部件前先查看测试部件，构想实物模型，接着调试飞控的部分功能，这样利于减少后续组装的拆卸次数，提高组装效率。

组装的无人机使用Pixhawk飞控，在Mission Planner软件中进行调试。

其他类型的多旋翼无人机的组装与调试可以类比四旋翼，对多旋翼无人机的组装与调试具有一定的指导意义。

关键词：四旋翼无人机; Pixhawk飞控; 组装; 调试;四旋翼无人机是一种典型的多旋翼无人机，结构简单，体积较小，飞行平稳[1]，广泛应用于影视航拍、电力巡线、航空测绘、农林植保等领域，具有极其重要的研究价值。

本文以四旋翼无人机为例，研究多旋翼无人机的组装和调试。

在组装无人机之前，首先得了解无人机的结构组成以及各个部件的功能。

1、四旋翼无人机的结构和组成一架典型的四旋翼无人机由机架、脚架、电机、电调、螺旋桨、电池、遥控器和飞行控制器等组成。

机架是无人机的机械框架，用于承载放置其上的其他部件。

脚架在无人机降落到地面时起到一定的缓冲作用。

电机是无人机的动力部件，带动螺旋桨转动产生升力，而电调用来驱动并控制电机的转速。

电池是无人机的动力源，而遥控器用来实现远程操控。

飞行控制器是无人机的核心，一般由主控MCU、姿态传感器组、无线通信模块和电源模块等组成[2]。

2、四旋翼无人机的组装根据无人机的结构和组成，将无人机的各个部件组成一个统一的整体，组装过程分为如下几步。

2.1、查看、测试部件，构想实物图打开多旋翼无人机实训箱，查看箱中的部件是否齐全，然后检查各个部件有无损坏。

有些损坏的部件，如桨叶、机架、脚架等，能够直接被发现。

对于表面无异常的部件，需要使用检测工具和检测方法，例如，测试电调的好坏，可以使用万用表的蜂鸣器档，如果发出响声，则说明正常，否则损坏。