STM32四轴飞行器的设计(2)

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第5章 PID调试 25

5.1 位置式PID调试 25

第6章总结 32

参考文献： 33

第1章绪论

1.1 前言

时下最热门的一种飞行器应当非四轴飞行器莫属，它的普及性在广大科学爱好者和商业公司中收到越来越大的关注。小型的四轴飞行器具有很大的灵活性，它可以自由地实现悬停和空间中的自由移动。除此之外，结构简单，机械稳定性好，成本较低，性价比较高也是四轴飞行器的几大特点。目前比较多的是被用在玩具、航模以及航拍等项目中，当然新的应用也在不断的拓展之中。

第二次世界大战初期，有人设计了载人四轴原型，但由于控制技术的发展无法跟上时代，四轴飞行器因为不稳定因素无法投入实际应用。伴随着单片机、电机和电池技术的发展普及，四轴飞行器也跟随历史潮流向着更小型、多样的方向快速发展，这也使得四轴飞行器的应用范围越来越广泛。如今，四轴飞行器已经不仅在军用领域发挥作用，且被民、商领域普遍接受并投入运用。综上所述，四轴飞行器未来的应用前景一片光明。

本文在小型四轴飞行器的控制设计原理这一基础上，重点讲解了四轴飞行器的总体结构、硬件结构、飞行原理及其姿态算法设计等方面的问题。

1.2 课题的目的和意义

四轴飞行器是一种智能机器人，同时也属于无人飞行器分支的一种。一般依靠旋翼式引擎来提供动力，完成飞行的任务。如今，现代控制理论的发展日益精进，近几十年来，四轴飞行器凭借着现代控制技术与电子控制技术的结合运用，以往的动力引擎逐渐被电机所替代，这也是技术发展的一大证明。

小型无人飞行器具有体积小、抗侦察能力强等几大功能，在军事应用方面具有良好的前景。微型无人机可以对战场近距离、小范围地进行侦察，并且具有操作简单方便的优点。除了执行侦察任务外，无人机还可以作为通信工具，甚至进行一些弹药投放布置的战略工作。

在民用和工业领域，微型无人机在救援、城市交通、环境监测、工业安全检查等方面也有着广泛应用。检测生物和化学武器的任务需要靠它来完成，同时也在核辐射危害任务中“扮演”着重要的角色。微型无人机对有毒物质浓度的检测非常敏感，它在勘察核辐射范围的任务重也表现得很出色。通过安装在无人机中的全球定位系统，当它探测到疑为危险区域的地理位置后，会对其进行移动和跟踪，进行实时报警。

由于受到一些特殊环境的影响，某些工业领域的工程项目实施情况万分危险，例如：现代化工、桥梁建设等领域，这一类检查通常会付出较大的代价。而无人机的技术发展为之提供了新的检查方式。无人机可以在工作人员的操作下工作，可以代替传统的人工检测方式，减少工人的劳动强度及降低工作的危险系数。

在以小型无人机为代表的例子中，四轴飞行器可以在体积小型化方面做更进一步的优化，使其能够进入到传统摄影测量方法不能达到水平。传感仪器、摄像头这些通用设备在小型无人机中极为常见，它们可以对检测对象进行数据的采集，通过分析和存储这些信息，以此来提高工作效率和检测准确性[4]，它还可以提供离线分析的基本数据。小型飞行器具有低成本、低损耗、零伤亡、可重复使用等特点[5]，它的价值是显而易见的，所以，将小型无人机成功纳入安全检测领域将成为现今技术研究的热点。