2.1 基本内容

1、四旋翼无人机的整机构成及其飞行原理；

2、对姿态角的建模，即数学建模，并通过收集实验数据拟合模型中的未知数；

3、根据建立的数学模型设计控制系统、设计控制系统硬件及程序；

2.2 研究目标

1、根据四轴飞行器的飞行原理设计出初步的四轴控制系统，包括四轴的硬件结构、控制系统硬件和软件；

2、根据四轴控制系统的结构特点和旋翼动力学，使用Matlab建立数学模型；

3、使用四轴飞行器来验证控制系统模型建立的准确性。

2.3 拟采用的技术方案

小型四旋翼无人机通过对接收到的传感器采集到的姿态信息进行姿态检测和解算，结合无线遥控信号，对飞行器姿态进行控制，使飞行器做出升降、前进、翻滚、偏航等动作。

（1）飞行器姿态解算：陀螺仪和加速度计的主要功能在于采集三个轴向上的角度和加速度，将采用卡尔曼滤波或滑动均值滤波使获得的数据尽可能的消除干扰，姿态角解算会采用互补滤波和卡尔曼滤波，通过实验对比两种方法的优劣性来确定最合适的方法。

（2）飞行器控制算法：控制算法拟采用双PID环算法或模糊控制。实施方案：做成实物之后，用两种不同的控制算法编程，拟采用STM32微处理器。调试之后得出两种不同算法的优缺点以供参考。

时间

安排

第1~3周

查阅相关文献了解四旋翼无人机的机构、工作原理及现有的控制系统。

第3~7周

学习Matlab软件及应用并完成对姿态角的建模，即数学建模，通过收集实验数据拟合模型中的未知参数。

第7~14周

设计控制系统、设计控制系统硬件及程序。

第14~16周

完成毕业论文的撰写，提交论文，准确答辩。

[1] 韩志凤,李荣冰,刘建业.小型四旋翼飞行器动力学模型优化[J].控制工程,May，2013,Vol. 20(S0):158-162

[2] 王小科.C# 开发实战宝典[M]. 北京,清华大学出版社,2010.

[3] 刘火良.STM32库开发实战指南[M]. 北京,机械工业出版社,2013.

[4] 凌金福.四旋翼飞行器飞行控制算法的研究[D]. 江西,南昌大学,2013.

[5] 刘峰,吕强,王国胜.四轴飞行器姿态控制系统设计[J].计算机测量与控制,2011.

[6] 张广玉,张洪涛,李隆球.四旋翼微型飞行器设计[J]. 哈尔滨理工大学学报, 2012.

[7] Mian A, Daobo W. Modeling and backstepping-based nonlinear controlstrategy for a 6 DOF quadrotor helicopter[J]. Chinese Journal of Aeronautics,2008, 21(3): 261-268.

[8] Wright RS, Lipchak B. OpenGL 超级宝典[M]. 北京,人民邮电出版社,2005.

[9] 乔维维.四旋翼飞行器飞行控制系统研究与仿真[D].山西,中北大学,2012.

[10] 尤元.四旋翼飞行器控制技术研究及其微功耗设计[D]. 吉林,吉林大学,2013.

[11] 国倩倩.微型四旋翼飞行器控制系统设计及控制方法研究[D]. 吉林,吉林大学,2013.

[12] 李尧.四旋翼飞行器控制系统设计[D]. 辽宁,大连理工大学,2013.