天鹰四旋翼无人机

天鹰四旋翼无人机

当前，空地一体化现场侦察系统集成了天鹰-1000和天鹰-200两个型号的四旋翼无人机，主要是适应武警部队近距、低空侦察需要，以德国md-1000和md-200飞行器为平台，通过适应性技术改造而初步定型的无人侦察机。两种机型均具备垂直起降、定点悬停、手控飞行和自动驾驶等多种功能，适用于城市处突空中监视或其它大区域空中航拍监视、野外搜索空中监视、重要目标定点侦察、夜间侦察搜索、现场图像实时传输、摄制大幅航拍拼图及环景照片等任务。在运用方式上，既能与空地一体化现场侦察系统配套使用，实现系统的空中侦察功能，也可独立于系统之外，单独完成各类空中侦察及图像传输任务。

一、天鹰四旋翼无人机主要构成及特点

天鹰四旋翼无人机主要由四旋翼无人飞行器、地面站、遥控遥测及图像传输链路和任务载荷四部分组成。四旋翼无人飞行器。包括天鹰-1000型装备机及训练机、天鹰-200型装备机及训练机。

天鹰-1000型装备机续航时间50分钟，最大任务载荷1000克，飞行半径3000m，飞行高度1000m，工作海拔4000m。

天鹰-200型装备机续航时间25分钟，最大任务载荷200克，飞行半径1000m ，飞行高度400m，工作海拔3000m。

天鹰-1000型和200型训练机，除没有任务载荷和图像传输设备外，其它配置与装备机相同，可模拟装备机飞行特性进行操作训练。

2.地面站。包括便携式地面站和车载式地面站。通过便携式地面站，可对无人机进行遥控，规划无人机航线，查看侦察数据和影像，同步显示和录制航拍视频图像。车载式地面站将便携式地面站所有功能“复制”到了侦察车上，根据现场情况，在不便下车侦察时，操作人员完全可以在车内操控无人机侦察。

3.遥控遥测和微波图像传输链路。无人机和地面站中分别集成了跳频数传电台、移动数字微波发射机和接收机，可稳定遥控无人机并传输各种飞行参数及航拍图像。

4.任务载荷。四旋翼无人机可加载标清摄像机、高清数码相机、微光摄像机、红外热成像摄像机等任务载荷，完成昼夜航拍照片、实时空中监视等侦察任务。

二、天鹰四旋翼无人机特点

1. 组装比较简便，起降比较灵活。该机材质较轻，可拆装折叠，方便运输和携带。组装和拆卸快捷，飞行准备及撤收均不超过10分钟。起降不需跑道，受场地限制小，利用3-5平方米的场地便可垂直起降，在密集楼区、复杂山区均可灵活起降，较其它机型优势明显。〖播放无人机展开和撤收录像〗

2.性能比较可靠，适应性较强。该机飞控系统性能稳定，抗风能力较强，可在小到中雨条件下飞行。夜间可开启夜航灯，完成夜航飞行。在遇到无线电干扰时，超过30秒无遥控信号，该机就会利用“回家自保”功能按原路自动返回。

3.操作比较简单，相对容易掌握。由于该机具有智能化较高的飞行控制系统，操控人员只需控制无人机“到哪儿”，而不必关心飞行器姿态。通过地面站设定航线后，操作人员只需遥控飞行器升空，即可切

换到“自动驾驶”模式，剩下的工作全部交给无人机完成。由于操控简便，整套无人机系统只需3名队员即可执行任务。在操作手培训上，其它固定翼无人机和无人直升机培训一般需要一到两年，而该机只需要20天培训就可初步掌握操作要领，当然，一名成熟的操作手还需更长时间的训练。

三、天鹰四旋翼无人机运用

天鹰四旋翼无人机自配发部队后，在执勤、处突、反恐和大型军事演习等活动中，圆满完成了各类空中侦察及图像传输任务。

对开阔地域实施空中侦察和监视。在处置大规模群体性事件、反恐、重大活动安保、重要路线警卫等任务现场，以及地震、火灾、洪水、泥石流等重大灾害事故现场，四旋翼无人机可发挥其机动性能强、观察视界宽、跟踪定位准、信息传输快等优势，有效担负空中侦察和监视任务，保障指挥员实时掌握现场情况，引导部队精确高效行动。

对重要目标实施定点侦察。利用无人机定点悬停功能和高倍变焦摄像机，可采取俯视或平视方式对重点目标进行定点侦察。如，在处置大规模群体性事件、反劫持交通工具、反劫机等任务中，可利用无人机对建筑物、火车、公共汽车、飞机等目标的顶部、内部及周边实施侦察，并将图像实时传回指挥机构。

摄制大幅航拍拼图。利用地面站航拍拼图软件，可对无人机在任务地域上空连续拍摄的正摄影像进行自动拼接，制作出大幅面航拍地图，供首长机关分析任务区地形、研究兵力部署和标绘各类要图。特别是在陌生地域执行任务，大幅、高清的航拍拼图能够保障指挥员直观、详细地掌握现场地形等情况，为首长决策和部队行动提供有力的侦察测绘保障。

航拍环景照片。利用无人机定点悬停功能，可在重要警卫目标、重大会议现场、大型体育场馆等特定场所上空，连续360度拍摄实景照片，落地后自动拼接环景照片，供首长和部队全方位、立体化了解现场环境等情况。

以上是四旋翼无人机的基本运用，作为配发不久的新型装备，无人机在实战运用方面还有很大的拓展空间。各级可结合任务实践，不断创新和总结无人机应用战法，使其更好地为部队服务。我们也将根据首长指示和部队应用情况，不断对其改进升级，比如，改良电池性能，延长续航时间，扩大飞行半径，加装高清摄像机，研发高海拔机型、大载荷机型和单兵背负机型，不断提高复杂地理、气象、电磁条件及特殊任务环境下的侦察能力。

最高效的四旋翼无人机数据采集建模

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。

小型四旋翼无人机组机方案

一、小型四旋翼无人机总体架构 典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。 （一）机械部分 机架 考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。 1，底板 2，中间机架板 3，顶板 整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk 飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。 另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）：

4，保护罩 （二）动力部分 （1）电机 一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为。

飓风D2206 KV1900参数表 飓风D2206 KV1900实物图 （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，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz，符合要求。根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。

四旋翼无人机毕业设计

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

四旋翼飞行器建模与仿真Matlab

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

四旋翼无人机前沿报告

四旋翼无人机前沿报告 近些年来，各国的许多研究机构都对小型四旋翼无人机进行了一系列的研究，下面列出来一些比较有代表性的四旋翼无人机研究成果。 一、国内外技术发展现状 1.“蜻蜓”无人机 近期，约翰-霍普金斯大学的应用物理实验室的一个研究小组就开发出了一个叫做“蜻蜓（Dragonfly）”的概念无人机任务。该任务提出了一款利用放射性同位素驱动的双四旋翼飞行器，它将可以在土星最大的卫星Titan上执行太空任务。蜻蜓项目首席研究员Elizabeth Turtle指出，这种实验是他们在实验室无法进行的，因为涉及到时间尺度问题，而Titan富含有有机分子和液态水的表面却能维持很长一段时间的时间尺度。该项目就是为了研究Titan生命前化学而设计的。由于Titan表层厚重的云层使得那里的太阳能效率并不高，为此，研究人员改用了多任务放射性同位素热电机（MMRTG）为飞行器提供能源。据了解，MMRTG能让这架双四旋翼无人机在白天持续飞行一个小时的时间，夜晚它将接受充电。蜻蜓无人机的空气流动可以让它收集样本和测量的种类获得增加。在时长1个小时的飞行中，飞行器大概能飞10到20公里。这意味着蜻蜓可以在为期两年的任务中探测到的范围非常广。 2.“OS4”四旋翼无人机 OS4是EPFL自动化系统实验室开发的一种小型四旋翼飞行器，研究的重点是自主飞行控制算法和机构设计方法，目标是要实现室内和室外环境中的完全自主飞行。目前，该项目以及进行了两个阶段。OS4I最大长度约为73CM，质量为235g，它使用了Draganflyer3的十字框架和旋翼，电机型号为Faulhaber1724,微惯性测量单元为Xsens的MT9-B。研究

四旋翼无人机建模及其PID控制律设计

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。

四旋翼无人机毕业设计

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)

MD4四旋翼无人机

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；

四旋翼无人飞行器设计学习笔记

1、互补滤波算法 互补滤波器作为一种频域滤波器，常用于融合来自不同传感器测量得到的数据。一般地，互补滤波器包含至少两种频率特性互补的输入信号。例如，对于陀螺仪和加速度计解算姿态这一双输入系统，两个输入量都能分别对姿态角进行解算，其中加速度计输入量包含高频，应通过低通滤波器来滤除；陀螺仪则包含低频噪声（积分漂移），应采用高频滤波器滤队。两者的频率特性互补，可用互补滤波思想进行姿态解算，最终输出较准确信号。 2、四元数表示姿态角 运用互补滤波与卡尔曼滤波思想进行姿态整合的过程归根结底都是利用加速度计解算出的姿态角去修正陀螺仪积分的漂移误差. 这两种方法在姿态融合过程中姿态角的表示形式都是欧拉角表示.但是用欧拉角进行姿态解算在大角度计算时会出现万向节锁(角度为90度时加速度计进行姿态解算的反三解函数无解),为了避免该问题,可采用四元数来解算姿态. 四元数的优点： ·四元数不会存在欧拉角的万向节死锁的问题 ·四元数由4个数组成2个四元数之间更容易插值 ·对四元数规范化正交化计算更加容易 3、MPU6050 DMP内部四元数解算功能 运动控制传感器MPU6050提供了DMP内部四元数解算功能，可以直接输出四元数数据。它除了提供三轴陀螺仪和三轴加速度计传感器的16位ADC信号采集功能之外，还集成了数字低通滤波器和数字运动处理DMP，可以直接输出经低通滤波处理和四元数姿态解算后的四元数数据。将该四元数转换为欧拉角，可以得到准确的俯仰角和橫滚角。 4、PID 控制

由自动控制原理可知，采用角速度反馈闭环控制可有效增加系统稳定性，因此，在进行状态角控制之前需设计姿态角速度增稳内环控制。同时，系统最终控制量为空间位置，因此需要增加外环位置控制。由此得到四轴飞行器俯仰角方向整体控制结构： 4.1、PID 控制 比例控制指的是使用一个比例系数对输入量与期望量的差进行放大或缩小。不过单纯的比例控制会产生静态误差（误差不会收敛于0），所以这时要加入积分控制，对误差进行积分再乘以积分系数，误差累计越大积分控制的比重越大。其优点是可以消除静态误差；其缺点是不稳定，会使系统产生振荡。微分控制是预测系统的变化趋势。当输入的数据缓慢变化时微分项不起作用，当产生一个阶跃响应瞬间发生变化时，微分项发挥作用，做“超前控制”。 4.2串级PID 当将两个PID串联起来,用第一个PID的输出量作为第二个PID的输入量,第一个PID的期望量为期望达到的角度,第二个PID的期望量为此时该轴的角速度,角度环为1级PID为外环,角速度环为2级PID为内环 串级PID较单级PID的优点是,作为内环的角速度由陀螺仪采集数据输出,采集值一般不存在受外界影响的情况,抗干扰能力强,并且角速度变化灵敏,当受外界干扰时,回复迅速,这样使四轴在飞行时抗干扰能力强,飞行更稳定. 4.3PID调试过程详解--P64

小型四旋翼无人机组机方案

小型四旋翼无人机组机 方案 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

一、小型四旋翼无人机总体架构 典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。 （一）机械部分 机架 考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。 1，底板 2，中间机架板 3，顶板 整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机

架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。 另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）： 4，保护罩 （二）动力部分 （1）电机 一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为。

飓风D2206 KV1900参数表 飓风D2206 KV1900实物图 （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，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频

基于STM32的微型四旋翼无人机控制系统设计—软件设计

毕业设计(论文)开题报告
题目：基于 STM32 的微型四旋翼无人机控制系统设计—软件设计
院 （系） 专 班 姓 学 导
电子信息工程学院
业电气工程及其自动化 级 名 号 师
2017 年 3 月 9 日

1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义） 1.1 题目背景 微型无人机飞行器（MUAV，Mirco Unmanned Aerial Vehicle）是一种内置 控制系统，可以远程操控实现自主飞行的设备。其类型包括固定翼微型飞行器、 仿生扑翼微型飞行器及旋翼式微型飞行器。由于它具有隐蔽性强，低成本、低损 耗、零伤亡、高机动性等优点，使其迅速从军事领域拓宽到农业、民用和科研等 领域。在军事领域，因为具有零伤亡，战场生存能力强等特点，非常适合执行高 危险和人类无法参与的任务。在民用上，他也可以代替载人机完成一些任务，比 如救援搜索，灾情勘探，气象监测等。 MUAV 飞行性能主要包括，起飞着陆性能，姿态变换性能。而这些性能的优劣 取决于核心部件--飞行控制系统。随着数字处理器处理速度和能力的不断提高， 设计先进的控制系统已经是大势所趋。先进的飞行控制系统使微型无人机能在没 有外界干预的情况下自主飞行，完成预先规定的任务。由于微型无人机身有限的 负载能力和体积限制， 现在的一些导航系统和飞行控制系统很难直接在微型无人 机上使用，所以对微型无人机的飞行控制系统的研究意义重大！ 1.2 国内外相关研究情况 国外对于四旋翼的研究非常的活跃，加拿大的雷克海德大学里面的相关研究 人员很早就证明了采用四旋翼设计思路能够实现飞行器的稳定飞行，澳大利亚的 卧龙岗大学相关研究人员已经对四旋翼有了精确的模型建立。各国研究人员也 以此引发了一个四旋翼的研究热潮。下面对部分研究机构所设计的四旋翼做一个 介绍 1）Microdrones MD4-1000 四旋翼无人飞行
MD4-1000 四旋翼无人机是由德国 MICRODRONES 公司生产， 可垂直起降自动驾 驶。机体云台都是采用特殊的碳纤维材料，机身重量轻、强度高，机臂可折叠， 方便运输。姿态、高度以及航向参考系统集成了加速度计、陀螺仪、电子罗盘、 气压高度计、温度计、湿度计等高精度传感器，相比 MD4-200，它的任务载荷大， 抗风能力强，续航时间更长，姿态控制更加稳定。

四旋翼无人机术语

术语： 无人机UAV (Unmanned Aerial Vehicle), drone UAS (Unmanned Aerial Systems) 地面控制站Ground Control Station, GCS 固定翼fixed-wing 旋翼rotary-wing Rover 陆路，水路 多旋翼multirotors, multicopters 四旋翼4-rotor helicopters, quadcopter 加速计accelerometer 陀螺仪gyroscope 磁力计magnetometer 压力计barometer 射频控制R/C 遥测telemetry altitude GPS WAAS: Wide Area Augmentation System Thermopile: infrared detector, tilt, pitch, earth, sky, pan & tilt 侧视，俯视 roll pitch yaw autopilot 自主导航 takeoff & landing 起飞/着陆 MAV

MAVLink APM AI 意念控制Mind Control BCI 涡流，湍流Turbulence Navier-Stokes equations 定点waypoints DCM (Direction Cosine Matrix) COA (Certificate of Authorization) 2.4 Ghz, 72 Mhz, Kalman Filter: INS: Inertial Navigation System Inner loop / Outer loop FPV (First-Person View) 第一视角 FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum) ROI POI PID WAAS ILS LAAS (Next-Gen GPS algorithm standard) PIC (Pilot In Command) LOS (Line of Sight) RTL (Return to Launch) 返航, Return to Home

无人机的组成部分

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*105mm 2、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。四旋翼飞行器还是一种六自由度的垂直升降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。【在空间共有6个自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。

最高效的四旋翼无人机数据采集建模

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，

四旋翼无人机保护罩结构设计

145 机械装备研发 Research & Development of Machinery and Equipment 周茂繁 （西南科技大学制造科学与工程学院，四川 绵阳 621000） 摘　要：随着无人机的快速发展，其在日常生活中的应用越来越广泛。因其螺旋桨与机身暴露在外，一旦发生碰撞，坠落风险很高。文章利用三维造型软件solidworks 对无人机保护外壳的三维造型进行设计建模，设计了一种结构简单、能够拆卸、便于组装的无人机保护外壳，能有效防止无人机因碰撞而发生坠落。关键词：无人机；保护罩；结构；设计中图分类号：U674.76 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）10-0145-01 ——————————————作者简介： 周茂繁（1998—），女，四川成都人，本科，研究方向： 机械设计。 随着无人机的大量投入使用，无人机坠机事故频频发生[1] 。无人机撞地事故分为两种情况，一是无人机出现机械故障或遭遇灾难性的气象致使无人机失去控制而坠地；二是操控手正常操纵无人机时，由于对地形把握不准而出现误撞山坡或障碍物，或近地着陆时高度和位置信息测量不准确导致降落触地。前者属于失控撞地，后者属于在控撞地[2]。 如何避免无人机与其他机体或障碍物碰撞已成为世界各国十分重视的问题。美军建立了防止无人机与有人机碰撞机制来避免撞击事故发生。但其效能还未达到安全程度，且对近地撞击障碍物事故至今任未研制出切实可行、安全高效的将无人机本体保护在内部，避免了螺旋桨与外部环境直接接触。其外部是由碳纤维材质组成的两个半球，使得无人机在发生碰撞时可以回弹或旋转，如图1所示。在实际使用中，当无人机发生碰撞时，两个单独的半球形外壳被动旋转，这种机制能够在不影响飞行稳定性的情况下与障碍物相撞，从而避免了复杂的传感与规避策略，旋转原理如图2所示。 2 无人机保护罩三维结构造型 利用三维设计软件Solidworks 对无人机保护罩进行设计建模，具体零部件结构如图3～图6所示。 3 实验样机与试飞 考虑到无人机载重问题，所负载外壳重量应尽可能小， 但外壳材料也需要满足具有一定强度，所以在保护外壳实物制作中选择碳纤维材料。球形外壳部分采用碳纤维管与3D 打印关节组成，中心连接部分选用碳纤维板切割制成，轴承选用轻质量的尼龙塑料轴承。实物成品与实验效果如图7～8所示。 4 结论 本项目是针对四旋翼无人机所设计的一套保护外壳，结构简单，容易拆卸，能降低无人机坠毁风险。通过实物制作与实验，保护外壳结构合理，能有效规避无人机直接与障碍物发生碰撞。参考文献： [1]薄文娟.国内外无人机系统的研究现状[D].内蒙古:内蒙古电子 技术信息学院,2016. [2]许卫东,呼曦.机载增强型近地警告系统发展概述[J].航空制造 技术,2006,24(16):51-52.[3]李洋.自主防撞击无人机传感器的信息融合算法研究[D].沈阳: 沈阳航空航天大学,2013.[4]张玉民,何鑫,杨百川.基于WPF 技术的无人机地面站软件设计 与实现[J].计算机工程与设计,2019(4):1167-1173. （收稿日期： 2019-5-18） 图1 无人机保护罩示意图 图 2 半球形外壳旋转原理 图3 碳纤维外壳结构图 4 无人机连接部分 图 5 外壳支撑与连接图 6 完整装配图 图8 无人机实验 图7 无人机保护罩安装

文献翻译-四旋翼无人机位置和姿态跟踪控制

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 毕业设计（论文）外文文献翻译题目：四旋翼无人机位置和姿态跟踪控制 系别 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师

四旋翼无人机位置和姿态跟踪控制 摘要: 一个综合控制方法是提出要执行的位置和姿态跟踪小型四旋翼的动力学模型无人机（UAV），那里的动力学模型是欠驱动控制，高度耦合非线性的。首先，动力学模型分为全面启动子系统和欠驱动子系统；其次，全面启动子系统的控制器通过一种新的强大的终端滑模控制（台积电）的算法，这是用来保证所有状态变量在短时间内收敛到自己想要的值，收敛时间是如此之小，状态变量担任时间不变量的欠驱动子系统，另外，在欠驱动子系统的控制器通过滑模控制（SMC）设计。此外，该子系统的稳定性都证明了Lyapunov理论；最后，为了证明所提出的控制方法的鲁棒性，空气动力学的力和力矩，并作为外部扰动空气阻力考虑在内，得到的仿真结果表明，合成控制方法的立场和态度方面都有不错的表现当遇到外部干扰跟踪。 关键词：四旋翼无人机，欠驱动，新颖的鲁棒台积电，SMC，综合控制 1.介绍 四旋翼无人飞行器（UAV）正被用于一些典型的任务，如搜索和救援任务，监督，检查，测绘，航空摄影和法律的强制执行。 考虑到旋翼的动力学模型是一个欠驱动，高度耦合的和非线性的系统，很多控制策略，已经开发了一类相似的系统。其中，滑模控制，这已引起研究人员的瞩目，一直是一个有用的和有效的控制算法，处理系统具有较大不确定性，随时间变化的特性，非线性和有界外部干扰。该方法是基于定义指数稳定的滑动面作为机能缺失跟踪误差sandusing李亚普诺夫理论的，保证所有的状态轨迹在有限时间到达这些表面，另外，这些表面是渐近稳定，状态轨迹滑动沿着这些表面，直到他们到达原点。但是，为了获得快速跟踪误差收敛，期望的极点必须远离原点选择上的左半部分s平面，同时，这将反过来增加了控制器的增益，这是

小型四旋翼无人机组机方案

小型四旋翼无人机组机 方案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

一、小型四旋翼无人机总体架构 典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。 （一）机械部分 机架 考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。 1，底板 2，中间机架板 3，顶板 整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。 另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）：

4，保护罩 （二）动力部分 （1）电机 一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为。

飓风D2206 KV1900参数表 飓风D2206 KV1900实物图 （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，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于 400hz，符合要求。根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。

四旋翼无人机

微小型四旋翼无人机实时嵌入式控制系统设计与实现 来源：《电子技术应用》作者：发表时间：2010-07-16 21:54:55 摘要：在四旋翼无人机飞行模式分析基础上，提出了一种四旋翼无人机的稳定姿态导航控制系统，改进了无刷电机控制驱动器，并应用多任务编程方案实现软件设计。实验表明，该机载嵌入式系统具有可靠 性高、功耗低、重量轻、成本低等优点。 关键词：四旋翼；无人航空器；嵌入式系统；无刷电机驱动器 随着微机电系统技术在国防、军工、民用等各方面的广泛应用，飞行器的小型化和信息化的进程不断 加速，这使得具有广泛用途的无人航空器UAV(Unmanned Aerial Vehicles)研制成为许多国家的研究热点。微小型旋翼无人机具有使用灵活、体积小、成本低等特点，是无人机发展的主要类型之一，它可以完成超 低空侦察、干扰、监视等各种复杂的任务。无人机的核心部分是导航控制系统，要求具有高可靠性和高抗 干扰能力。按照项目要求，本文设计的导航控制系统具有飞行姿态测量、控制、增稳、视频监控等各种功能。 1 四旋翼无人机飞行模式分析 由于微型无人机飞行姿态多变，为了增大无人直升机的带载能力，该无人机采用了四旋翼的机械结构，通过机载导航系统控制使其各旋翼之间协调运动，实现四旋翼无人机的飞行姿态自动调整，可按要求完成 垂直起落控制、空中悬停控制、偏航控制、滚转控制、俯仰控制等多种动作及任务。四旋翼无人机在各种 结构特征参数确定的情况下，通过改变旋翼转速来改变拉力。四旋翼飞行器结构简图及受力分析如图1所示。 四旋翼无人机是在改变旋翼拉力与自身重力间关系的基础上实现各种飞行姿态的变化。每个旋翼的空 气动力学拉力f dragi(i=1，2，3，4)的数学表达式为： 式(1)中：ρ为空气密度，C T为拉力系数，A i为第i个旋翼桨盘面积，W i为第i个旋翼电机旋转速度，R i为第i个旋翼桨叶片长。在四旋翼无人机设计中，四旋翼采用相同的电机与相同材质及相同大小的桨叶片，可近似把A i、C T、R i看作一常量，则式(1)可简化为： 其中：k dragi>0为依赖于空气密度的常数，ωi为第i个电机旋转角速度。由式(2)可见，通过给定PWM信号 控制电机驱动器控制四翼电机的转速，从而实现对四旋翼电机拉力的控制，完成整个飞行器的动作。 在地球惯性坐标系R W=(E x，E y，E z)与机载坐标系ξ=(x，y，z)下，以电机M1方向为前方，旋翼电机 M1与M3逆时钟方向旋转，旋翼电机M2与M4顺时钟方向旋转；Ψ为飞行器偏航角，θ为飞行器滚动角，