电子设计大赛四旋翼设计报告最终版模板

1、电子设计大赛四旋 翼设计报告最终版四旋翼飞行器（A题）参赛队号：0057号四旋翼飞行器设计摘要：四旋翼作为一种具有结构特殊的旋转翼无人飞行器，与固定 翼无人机相比，它具有体积小，垂直起降，具有很强的机动性， 负载能力强，能快速、灵活的在各个方向进行机动，结构简单， 易于控制，且能执行各种特殊、危险任务等特点。因此在军用和民用领域具有广泛的应用前景如低空侦察、灾害 现场监视与救援等。多旋翼无人机飞行原理上比较简单，但涉及 的科技领域比较广，从机体的优化设计、传感器算法、软件及控 制系统的设计都需要高科技的支持。四旋翼无人机的飞行控制技术是无人机研究的重点之一。它使 用直接力矩，实现六自由度（位置

2、与姿态）控制，具有多变量、 非线性、强耦合和干扰敏感的特性。另外，由于飞行过程中，微 型飞行器同时受到多种物理效应的作用，还很容易受到气流等外 部环境的干扰，模型准确性和传感器精度也将对控制器性能产生 影响，这些都使得飞行控制系统的设计变得非常困难。因此，研究既能精确控制飞行姿态，又具有较强抗干扰和环境 自适应能力的姿态控制器是微小型四旋翼飞行器飞行控制系统研 究的当务之急。一、引言：1.1 题目理解：四旋翼飞行器，顾名思义，其四只旋转的翅膀 为飞行的动力来源。四只旋转翼是无刷电机，因此对于无刷电机 的控制调速系统对飞行器的飞行性能起着决定性的作用。在本次 大赛中，需要利用四旋翼飞行器平台，实

3、现四旋翼的起飞，悬 停，姿态控制，以及四旋翼和地面之间的测距等功能。1.2 设计思路：为了满足飞行器的设计要求，要使用以微控制 器为核心的控制系统，使本系统以MC9s12XS128莫拟出控制信号，用STM32 MMC10接收模拟信号，然后翻译出模拟信号，禾 用加速度与陀螺仪传感器采集飞行器的飞行数据，加以闭环调控 和精准的控制算法。进行上升、下降以及悬停等动作。1.3 特点：本飞行器脱离遥控器控制，用微处理器实现整个飞 行过程全自动控制，控制精度高。二、方案设计：系统主要由STM32模块，微处理器 MC9s12XS128莫块，电源 模块，电机模块，超声波模块，加速度陀螺仪模块等构成。系统总体框

4、图如下图（图2.0）:图2.0其中微处理器 MC9s12XS12聪块的外围电路见附录一2.1 控制系统选择方案：2.1.1 方案一：选择Coldfire系列芯片作为系统控制的主控板, 因为在以往队员们做过飞思卡尔智能车竞赛，对此系列的芯片做的比较熟悉，芯片功能强大，但以往做的核心板较大，所需的电 路较多，考虑到四轴飞行器的轻便，故而不太是一个很理想的选 择。2.1.2 方案二：主控板使用 STM32。STM32板子的I/O 口很 多，自带定时器和多路 PWM,能够实现的功能较多，符合实验要 求。Stm32迷你板在体积和重量上也不是很大，对飞机的载重量 要求不是很高。综上所述，我们一致决定使用 STM32 MMC10作为此次大学生 电子竞赛的主控板。2.2 飞行姿态的方案论证：2.2.1 方案一：十字飞行方式。四轴的四个电机以十字的方式 排列，x轴和y轴成直角，调整俯仰角和翻滚角的时候分开调整， 角度融合简单，适合初学者，能明确头尾，飞行时机体动作精 准，飞控起来也容易。2.2.2 方案二：X行飞行方式。四轴的四个电机以X字的方式排列，灵活性和可调性较高，调整的