電子設(shè)計(jì)大賽四旋翼設(shè)計(jì)報(bào)告最終版模板

1、電子設(shè)計(jì)大賽四旋 翼設(shè)計(jì)報(bào)告最終版四旋翼飛行器（A題）參賽隊(duì)號(hào)：0057號(hào)四旋翼飛行器設(shè)計(jì)摘要：四旋翼作為一種具有結(jié)構(gòu)特殊的旋轉(zhuǎn)翼無(wú)人飛行器，與固定 翼無(wú)人機(jī)相比，它具有體積小，垂直起降，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性， 負(fù)載能力強(qiáng)，能快速、靈活的在各個(gè)方向進(jìn)行機(jī)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 易于控制，且能執(zhí)行各種特殊、危險(xiǎn)任務(wù)等特點(diǎn)。因此在軍用和民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景如低空偵察、災(zāi)害 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視與救援等。多旋翼無(wú)人機(jī)飛行原理上比較簡(jiǎn)單，但涉及 的科技領(lǐng)域比較廣，從機(jī)體的優(yōu)化設(shè)計(jì)、傳感器算法、軟件及控 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都需要高科技的支持。四旋翼無(wú)人機(jī)的飛行控制技術(shù)是無(wú)人機(jī)研究的重點(diǎn)之一。它使 用直接力矩，實(shí)現(xiàn)六自由度（位置

2、與姿態(tài)）控制，具有多變量、 非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合和干擾敏感的特性。另外，由于飛行過(guò)程中，微 型飛行器同時(shí)受到多種物理效應(yīng)的作用，還很容易受到氣流等外 部環(huán)境的干擾，模型準(zhǔn)確性和傳感器精度也將對(duì)控制器性能產(chǎn)生 影響，這些都使得飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得非常困難。因此，研究既能精確控制飛行姿態(tài)，又具有較強(qiáng)抗干擾和環(huán)境 自適應(yīng)能力的姿態(tài)控制器是微小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研 究的當(dāng)務(wù)之急。一、引言：1.1 題目理解：四旋翼飛行器，顧名思義，其四只旋轉(zhuǎn)的翅膀 為飛行的動(dòng)力來(lái)源。四只旋轉(zhuǎn)翼是無(wú)刷電機(jī)，因此對(duì)于無(wú)刷電機(jī) 的控制調(diào)速系統(tǒng)對(duì)飛行器的飛行性能起著決定性的作用。在本次 大賽中，需要利用四旋翼飛行器平臺(tái)，實(shí)

3、現(xiàn)四旋翼的起飛，懸 停，姿態(tài)控制，以及四旋翼和地面之間的測(cè)距等功能。1.2 設(shè)計(jì)思路：為了滿(mǎn)足飛行器的設(shè)計(jì)要求，要使用以微控制 器為核心的控制系統(tǒng)，使本系統(tǒng)以MC9s12XS128莫擬出控制信號(hào)，用STM32 MMC10接收模擬信號(hào)，然后翻譯出模擬信號(hào)，禾 用加速度與陀螺儀傳感器采集飛行器的飛行數(shù)據(jù)，加以閉環(huán)調(diào)控 和精準(zhǔn)的控制算法。進(jìn)行上升、下降以及懸停等動(dòng)作。1.3 特點(diǎn)：本飛行器脫離遙控器控制，用微處理器實(shí)現(xiàn)整個(gè)飛 行過(guò)程全自動(dòng)控制，控制精度高。二、方案設(shè)計(jì)：系統(tǒng)主要由STM32模塊，微處理器 MC9s12XS128莫塊，電源 模塊，電機(jī)模塊，超聲波模塊，加速度陀螺儀模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)總體框

4、圖如下圖（圖2.0）:圖2.0其中微處理器 MC9s12XS12聰塊的外圍電路見(jiàn)附錄一2.1 控制系統(tǒng)選擇方案：2.1.1 方案一：選擇Coldfire系列芯片作為系統(tǒng)控制的主控板, 因?yàn)樵谝酝?duì)員們做過(guò)飛思卡爾智能車(chē)競(jìng)賽，對(duì)此系列的芯片做的比較熟悉，芯片功能強(qiáng)大，但以往做的核心板較大，所需的電 路較多，考慮到四軸飛行器的輕便，故而不太是一個(gè)很理想的選 擇。2.1.2 方案二：主控板使用 STM32。STM32板子的I/O 口很 多，自帶定時(shí)器和多路 PWM,能夠?qū)崿F(xiàn)的功能較多，符合實(shí)驗(yàn)要 求。Stm32迷你板在體積和重量上也不是很大，對(duì)飛機(jī)的載重量 要求不是很高。綜上所述，我們一致決定使用 STM32 MMC10作為此次大學(xué)生 電子競(jìng)賽的主控板。2.2 飛行姿態(tài)的方案論證：2.2.1 方案一：十字飛行方式。四軸的四個(gè)電機(jī)以十字的方式 排列，x軸和y軸成直角，調(diào)整俯仰角和翻滾角的時(shí)候分開(kāi)調(diào)整， 角度融合簡(jiǎn)單，適合初學(xué)者，能明確頭尾，飛行時(shí)機(jī)體動(dòng)作精 準(zhǔn)，飛控起來(lái)也容易。2.2.2 方案二：X行飛行方式。四軸的四個(gè)電機(jī)以X字的方式排列，靈活性和可調(diào)性較高，調(diào)整的