摘 要：本文以四旋翼飞行器作为本研究对象，针对四旋翼飞行器在飞行中很难达到飞行姿态自稳定的问题。设计姿态自稳定算法并实际测试，硬件以PX4为整个飞行系统的控制核心，卡尔玛滤波器进行数据补偿，设计与控制器相吻合的传感器电路和无换向电机，采集的数据进行四元数解算，PID进行数据融合，从而达到姿态的实时稳定。运用MATLAB仿真、验证得到可靠的数据。最后设计四旋翼无人机，进行大量实际数据调试，成功完成试飞37546
并达到飞行姿态自稳定。
毕业论文关键词：四旋翼飞行器；飞行控制；PID； 四元数
Algorithm Four-rotor UAV Attitude From The Control
Abstract: The Four-rotor wing aircraft is the object in the paper. As its flight attitude is hard to reach self-stabilization, the attitude stabilization algorithm is proposed and tested. The Px4 is the control core of the flight system, and the Kalmar filter can compensate the data in the Hardware. The sensor circuit and the Non reversing motor are designed which coincide with the controller. Its flight Attitude can achieve the real-time stability. The data is obtained using MATLAB simulation in the paper. What’s more, the Four-rotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV) is designed. Finally, it
can fly successful and to its flight attitude achieve the real-time stability.
Key  words: Four-rotor UAV; Flight control; PID; Quaternion
目  录

摘  要    1
1 绪论    2
1.1 研究的背景    2
1.2 发展历史及国内外研究现状    2
1.3 课题研究内容及目标    3
2 四旋翼无人机的姿态控制原理及算法    4
2.1 四旋翼无人机姿态的控制原理    4
2.2  PID算法对四轴飞行器的姿态控制    4
2.3 四元数姿态矩阵解算理论    5
2.4 姿态角更新算法    9
2.5 四旋翼融合加速度计    10
3 四旋翼飞行器动力学建模    11
3.1 四旋翼控制系统仿真模型建立    11
3.2机体结构仿真    11
4 四旋翼飞行器处理系统及处理模块    12
4.1微处理器px4和最小系统    12
4.2四旋翼主控系统    12
4.3 四旋翼姿态解算    14
5 四旋翼无人机的设计和试调    17
5.1硬件设计    17
5.2 试调飞行    17
6 总结与展望    19
6.1总结    19
6.2展望    19
参考文献    20
致谢    21
四旋翼无人机的姿态自控制算法研究
1 绪论
1.1 研究的背景
随着航天科技的不断成熟和发展，无人机以重量轻、体积小、结构简单成本低等特点在当代，随着科学技术的不断地提高，各项技术都在飞速的发展，而在航天领域中，由于体积较小，质量较轻，在执行工作任务时较为隐蔽，而且并不需要驾驶员在机上操作，大大减少了不必要的人员伤亡，解放了飞机的空间布局，可以使其更加的适应飞机的操作而不需要考虑驾驶员的操作环境的相关问题，并且更加的适应狭窄，缺氧的等特种环境下的飞行任务，所以受到很多学者和专家的关注。
1.2 发展历史及国内外研究现状
1.发展历史
四旋翼飞行器的出现是在20世纪初，这个阶段的飞行器是无人机发展的一个雏形，技术水平相对落后，发展方向主要是能够承载一个或者两个人的飞行器，荷载能力非常有限，飞行员不能稳定的控制无人机的飞行。1907年夏天，法国兄弟路易斯和雅克在夏尔 罗贝尔 里歇教授的指导下进行他们制作的第一次四旋翼飞行器的试飞 MATLAB四旋翼无人机的姿态自稳定控制算法研究:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_36334.html