小型四驱无人机姿态控制的设计.doc

摘要:此次设计最重要的是无人机姿态控制的设计，旨在空气动力学的基础上对姿态控制中电机、螺旋桨、机架等物理参数的设定与磨合，再经过PI-PD算法设计无人机的姿态控制。

姿态控制系统的设计主要是用四个F450型的机架，四个电机和螺旋桨，一个电源，一个遥控器构成主要硬件框架，通过调试设定参数，然后经过电路板、电机、电调的焊接构成一个F450型的小型四轴无人机，最后将姿态控制算法导入到STM32系列处理器构成无人机的姿态控制系统。

设计的功能是让无人机更好地克服力矩、转矩的影响，实现垂直、俯冲等姿态飞行。

关键词 无人机；姿态控制；设计；组装

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2国外姿态控制系统发展情况-1

1.3国内姿态控制系统发展情况-1

1.4本文主要研究内容-2

2 总体方案设计-3

2.1总体设计原理-3

2.2四轴无人机模型分析-3

2.2.1飞行器控制系统结构-3

2.2.2四轴无人机的数学模型分解-4

2.2.3欧拉角表示-4

2.2.4四元数算法-4

2.3总体方案-5

3姿态控制系统功能与设计-6

3.1姿态控制系统功能-6

3-2姿态控制系统设计-6

3.2.1传感器电路设计-6

3.2.2电机驱动电路设计-7

3.2.3无线电路通信设计-7

3.2.4无人机总体电路设计-8

3.3 PCB设计-8

3.3.1 PCB设计步骤-8

3.3.2 PCB外形设计-9

3.4 PID控制器基本原理-10

3.5 PI-PD控制器演化-10

4系统硬件设计-12

4.1主控制器-12

4.2惯性测量单元-12

4.3无线传输模块-12

4.4电调和焊板-12

4.5各器件功能及作用-13

4.5.1各器件电流表-13

4.5.2平衡处理-14

4.6空气动力学分析-14

5工作状态及性能分析-15

5.1工作原理简介-15

5.2检测模块-15

5.3性能分析-16

5.4技术指标-17

结论-18

致谢-19

参考文献-20

附录-21