最经典的四旋翼飞行器设计案例

一项目可行性分析　　背景分析：　　无人飞行器自律飞行技术多年来仍然是航空领域研究的热点，并且在实际应用于中不存在大量的市场需求，主要优点还包括：系统生产成本低，在继续执行任务时人员损害小，具备优良的操控性和灵活性等。而旋翼式飞行器与固定翼飞行器比起，其优势还包括：飞行器降落和迫降所须要空间较少，在障碍物密集环境下的可控性强劲，以及飞行器姿态维持能力低。小型四旋翼飞行器与其它飞行器比起，其优势在于其机械结构较为简单，并且只需通过转变四个马达的扭矩才可构建掌控，且飞行中机动能力更为灵活性。

另一方面，小型四旋翼飞行器具备较高的操纵性能，并具备在小区域范围内降落，飞过，飞行中，降落的能力。　　因此我们根据四旋翼飞行器的特点，明确提出了一种数字式飞行中控制系统的总体结构。飞行中掌控计算机是四旋翼飞行器自动驾驶仪的基本构成部件。

使用模块化设计思想，设计研发一种基于PIC32高性能单片机为核心的飞行中掌控计算机。四旋翼飞行器使用平面产于的结构形式，创建非线性数学模型。通过引进四个掌控量，把非线性模型分解成并线性化，得出结论滑翔状态下四旋翼飞行器修改的线性模型，使用经典的PID掌控方法，并对数字建模结果展开分析，检验掌控方案的可行性；同时，制作四旋翼飞行器的结构外形和以传感器、飞行中掌控计算机、执行机构为核心的主体硬件，在硬件和软件上都要实施其基本功能。　　二项目内容　　本项目研究四轴飞行器，构建飞行中、取样、数据传输等功能。

所牵涉到到的技术很多，主要有：软件算法、微电子、仿真电子技术、机电一体化和自动控制理论等。所以，项目小组将其分析这个部分，一一攻下。　　飞行中控制系统理论分析，创建数学模型，硬件选型及原理设计　　在研究四旋翼飞行器控制算法之前，首先必需创建飞行器系统的动力学模型。

在本章中，首先讲解建模的基本方法：挑选影响飞行器运动的关键受力和力矩，再行根据适当的物理定律创建飞行器的动力学方程。然后在获得四旋翼飞行器的动力学方程之后，必要的挑选掌控量，运用掌控理论中经典的PID控制算法。

对飞行器系统展开掌控。　　2.软件编程，同时展开硬件搭起　　考虑到现实实验室的条件，简单使用以下的硬件方面使用PIC32做到航姿校正掌控核心，DsPIC30F4013做到电机掌控，PIC18F45K20做到成像测距展开高度维持，nRF2401做到数据传输，加速度传感器MMA7260。图1就是该系统框图。

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