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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。

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