3.1 四旋翼的基本控制思路 13

3.2 捷联式惯导系统 14

3.3 飞行姿态的数学表示方法 15

3.3.1 欧拉角 15

3.3.2 万向节死锁 16

3.3.3 四元数 19

3.4 姿态解算 19

3.5 PID算法在飞控中的应用 20

3.5.1 PID算法各环节的作用 20

3.5.2 双闭环PID控制 21

4 地面站 23

4.1 Mission Planner 23

4.1.1 固件加载 23

4.1.2 连接（Connect） 25

4.1.3飞行模式的校准 27

4.2 飞行模式 27

4.2.1 自稳模式 Stabilize 27

4.2.2 定高模式Alt_Hold 28

4.2.3 悬停模式Loiter 28

4.2.4 简单模式Simple 28

4.2.5 自动模式Auto 28

4.2.6 返航模式RTL 30

4.2.7 绕圈模式Circle 30

结  论 30

致  谢 31

参考文献 31 

1 绪论

1.1 前言

    本次毕业设计，我选择了《四轴飞行器的控制系设计》这一课题，进行对四旋翼的硬件、结构、控制策略、姿态解算等一系列关于四旋翼运动、控制的学习研究。

    在本篇论文中，主要详细介绍了四旋翼的无刷直流电机，螺旋桨知识、机架、飞控的选择，四旋翼的飞行控制思路、姿态解算用到的数学方法、PID参数设置以及编辑四旋翼飞行任务的地面站Mission Planner的设置、使用方法介绍，此外还有各种四旋翼飞行模式的解读。

    在完成此次毕业设计后，我想我已经充实了自己许多的四旋翼飞行器的知识，相信如果日后有机会再接触到其他各种类似的多旋翼，我也能较快地掌握、飞行运用。

1.2 课题背景及意义

    首先我本人对这类概念科技产品有很大的兴趣，几年前第一次在网上看到就觉得十分的有吸引力，出于好奇心和探索的欲望而希望能够参与到此类课题的研究中，亲手接触。

    其次是这类概念科技也已经有些年头，技术已经趋向成熟，并且由于其机动性与稳定性，机械结构也远比直升机简单，维护和更换的开销也非常少，所以我认为在未来必定会有极大的发展空间，应用前景十分可观，必将融入到平常的生活中，早日熟悉也对日后生活有利无弊。

1.3 国内外研究现状

  2 硬件构成

2.1 无刷直流电机

    无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。早在十九纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。上世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。