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1.1 课题的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状与水平 2
1.2.1 DraganFlyer四轴飞行器 2
1.2.2 斯坦福大学（StanFord）研制的四轴飞行器 2
1.2.3 Quattrocopter四轴 2
1.2.4 大疆（DJI）Phantom 3 四轴飞行器 2
1.3 飞行控制系统简介 3
1.4 关键技术及创新 3
2 四轴飞行器的工作原理与相关技术背景 5
2.1 引言 5
2.2 四轴飞行器的机械机构 5
2.2.1 四轴飞行器组成结构 5
2.2.2 四轴飞行器的飞行原理 6
2.3 四轴飞行器的关键技术 7
2.3.1 建立的数学模型 8
2.3.2 姿态结算及控制器设计 8
2.3.3 通信、定位、导航 8
2.3.4 结构设计最优化 8
2.4 四轴飞行器的姿态结算 9
2.4.1 坐标系建立 9
2.4.2 姿态表示和换算 10
3 四轴飞行器的结构与硬件设计 13
3.1 引言 13
3.2 四轴飞行器样机结构 13
3.2.1 机身结构设计 13
3.3 四轴飞行器控制器设计分析 14
3.4 飞行器控制器电路设计 15
3.4.1 电源电路 15
3.4.2 传感器模块 16
3.4.3 PWM输入输出 17
3.4.4 仿真器及无线模块接口 17
3.5 飞控板PCB设计 18
4 飞行控制器实现方案与软件设计 20
4.1 控制方案与实现 20
4.1.1 控制器设计分析 20
4.1.2 控制实现思路 21
4.2 姿态解算 21
4.2.1 传感器数据读取 21
4.2.2 数据融合 22
4.3 飞行控制PID算法 25
4.4 PWM输出 26
5 结果分析及改进 28
5.1 实验结果 28
5.2 控制系统分析 28
5.2.1 姿态融合算法分析 28
5.2.2 PID 控制器分析 29
5.2.3 遥控编码解码分析 30
5.3 改进 30
6 结论 31
6.1 总结 31
6.2 展望 32
致谢 33
参考文献 34
附录一 35
附录二 39
附录三 40
1 绪论
四轴飞行器又称四旋翼飞行器是多旋翼飞行器中的一种，也是最具代表性的一种。它由四个独立的螺旋桨为飞行器提供升力，同时依靠对单个旋翼进行调速来完成飞行动作， 20世纪以来，随着电子技术的突飞猛进，多旋翼飞行器的设计难度大大降低，并开始进入民用领域，并融入人工智能技术，使其更趋向于无人机，智能机器人。如今提起无人机人们首先想到的便是多旋翼飞行器。
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