四旋翼自主飞行器的飞控优化与实现(2)

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4.5 四旋翼定时飞行的设定与实现 31

5 飞行器系统装配与测试 33

5.1 四旋翼飞行器装配 33

5.2 四旋翼定时定高自主飞行功能测试 37

结论 44

致谢 45

参考文献46

1 引言

近年来，无人驾驶飞机（UAV）日益成为商业民用和军用领域的研究热门之一，其中微型无人飞行器更是具有广泛的应用前景。微型四旋翼飞行器作为多旋翼飞行器，可以实现小空间内垂直起降[1]、以最少的旋翼数量实现了足够的自由度。同时，4个旋翼的布局设计，使得从结构上就互相抵消了围绕中心轴的旋力，增加了稳定性。正是由于四旋翼飞行器飞行姿态灵活多样，在低空侦察、灾害监视等场合具有重要应用价值。

与人工操作这样的传统方式相比，在面临极端条件或者是在人类无法到达的地方，无人交通工具的起到的作用格外重要。在一些灾难支援的应用场景中，室内和室外的无人设备都已经逐渐发挥巨大的作用。自己尝试设计一架能够自主起飞、飞行、降落的四旋翼飞行器是一个具有很大的现实意义的工作，在快递运输、电缆维护、植物保护等民用领域以及军用领域上，自主飞行的四旋翼飞行器创造的价值不可估计。

四旋翼飞行器的广泛应用已经成为不可阻挡的趋势，对现有飞控进行优化设计，实现自主飞行、拓展无人机对周围环境以及声光信息的探测能力，是未来四旋翼飞行器发展的重要方向之一。

1.1 研究背景

如今，随着硬件原件价格的降低以及四旋翼飞行控制算法的日益成熟，民用四旋翼飞行器的设计难度不断降低，使得四旋翼飞行器发展迅速，成为新的研究热门。国内外众多企业也投入其中，其中大疆公司在民用领域内独树一帜，同时，国内外也涌现出诸如APM、MWC、Pixhawk、CC3D等功能丰富的开源飞控。

各种类型的四旋翼飞行器层出不穷，飞行控制技术得到了广泛普及，而电子信息技术的发展，也使得研究门槛在不断降低。但是，在实际生活及应用中，四旋翼飞行器对操作人员的专业要求还是很高，增加了普通人使用四旋翼飞行器的难度，也不利于它的进一步走入人们的生活。特别的，四旋翼飞行器的安全系数依然有待提升，在室内狭窄空间以及超视距的情况下，四旋翼飞行器要保持其稳定性非常困难的，对操作四旋翼飞行器的人员素质要求很高。如果要缓解这一现状，从根源上解决问题，让四旋翼飞行器实现自主控制与更加灵活的避障的功能是必不可少的。

近年来，本科生电子设计竞赛对四旋翼飞行器的设计多有涉及，我们希望能够为此做一些技术的积累，另外，在本专业本科阶段的雷达实验课程中，需要利用四旋翼飞行器作为靶机，并且在一些野外探测领域上的科研活动需要四旋翼飞行器作为平台来实现，所以，我们设立了这一课题进行相关研究。

1.2 研究现状及存在问题

1.3 论文主要工作

本次团队项目分为三个子课题，分别是规划飞行控制板电路硬件；研究轨迹识别的方法以及循迹控制算法；设计飞行控制程序，实现自主起飞降落、定高以及定时飞行的功能。我们在查阅消化了大量资料的基础上，开展了飞行控制电路板以及飞行控制程序的设计，在学习了解现有低成本四旋翼飞行器的基础上，搭建出了一架四旋翼飞行器，并进一步改进优化飞控程序，实现自主起飞、定高、定时飞行等功能。