2 四旋翼飞行器稳定飞行设计 4

2。1 飞行原理及机械机构 4

2。2 机械硬件搭建 6

2。3 飞控电路设计 7

2。4 稳定飞行的算法设计 12

3 四旋翼飞行器物体定点投送 17

3。1 定点投送的原理 17

3。2 机械手结构 17

3。3 定点投送算法的设计 18

4 地面站 19

4。1 发送飞行指令 19

4。2 飞行参数设置与在线调试 19

4。3 实验结果分析 20

5 总结 23

参考文献 24

致谢 25

1 绪论

1。1 研究的背景与意义

四旋翼飞行器是无人机中的一种，属于直升机。从军用到商用，再到民用， 包括各种电子设计竞赛，近几年对它的研究与开发越来越火热。因为四旋翼飞行 器体积小，动作灵活，成本低，所以它可以实现很多功能，例如，四旋翼搭载摄 像机可以进行航拍，搭载农药可以做成植保无人机，搭载测绘系统可以对地面进 行测量，搭载 GPS 和货物可以送货，更有民间爱好者发挥天马行空的想象做出更 多新奇的玩法，总之，对四旋翼飞行器的研究正在横纵向共同发展。

由于飞行器现有的致命缺陷，如续航、负载较小、动力较小、系统的稳定， 影响着飞行器的发展。但是，现有的研究成果让人们看到了飞行器未来的希望， 坚定了科学家的信心。

因为四旋翼飞行器的高阶非线性强耦合的特点，想要控制好其飞行需要很扎 实的知识储备与实践基本功，所以它和倒立摆一样，可以作为控制界学者研究控 制理论与算法的工具。

1。2 国内外的四旋翼飞行器的发展现状

2 四旋翼飞行器稳定飞行设计

飞行器的稳定飞行是其物体定点投送的基础，本章将对四旋翼飞行器的机械 结构、飞行原理、飞控电路设计以及飞行算法进行详细分析。

2。1 飞行原理及机械机构

四旋翼飞行器在飞行机械结构上有 X 型飞行方式和+型飞行方式，不仅在机 械结构上有差别，在飞行算法和稳定性上差距更大。+型飞行方式结构简单，各 个方向变量相对独立，控制算法相对简单，参数调节相对容易。X 型飞行方式数 学建模上有难度，各种变量耦合较多，导致控制算法较为复杂，要做到稳定飞行 难度较大，但其飞行灵敏，稳定性高，所以本文采用 X 型飞行方式。图 2-1 为两 种飞行方式示意图。

向前

X型飞行方式 +型飞行方式

图 2-1 飞行器飞行方式

四旋翼飞行器的具体运动形式有：上升、下降、前进、后退、左倾、右倾、 左旋、右旋，概括地讲分为高度控制、俯仰、横滚、航向。