基于PID算法的四旋翼导航系统设计1. 绪论

1.1 四旋翼飞行器的历史背景和发展现状

    多旋翼飞行器很早就已出现，一百年前已经有人开始着手设计建造。但由于结构复杂，难以实现稳定控制等原因，一直未能得到长足发展[1]。最初的多旋翼机跟直升机是一样的，采用的燃油动力，这也是当时难以实现稳定控制的重要原因。1921美国空军建造了一架多旋翼载人直升机[2]，因为当时的控制技术和控制算法不成熟，进行了100余次试验，最后以失败告终。

图1 美国空军第一架多旋翼机

    直到进入本世纪，随着控制算法的不断发展，和微处理器的不断进步，四旋翼系统逐渐成为一种易控，廉价的无人飞行器。并大量的出现在各大新闻头条，网络报道之中。成为科技界的新宠，在今年的猴年春节晚会上，四旋翼飞行器机群，更是大幅走进人们的视野，再次把四旋翼推上风口浪尖。从生活中的小孩的玩具，民用航拍，农用洒药，公共消防救灾，到军事侦察等无处不在它的身影。2011年在北京举行的inemo校园创意大赛中，由清华大学设计的一款四旋翼飞行器荣膺冠军。现在中国深圳的大疆公司，专业进行多旋翼无人机的研发，占领全球70%民用无人机市场，标志着我国在该领域里的骄傲成绩。但是，目前大多数产品都在安全和易用领域做得不太好，本设计针对这方面的问题，避开已经成熟设计部分，进行四旋翼的导航控制系统的研究。

1.2 设计研究的任务

本设计研究对象为四旋翼导航控制系统，能够实现旋翼机稳定、安全和易控的操作[3]。本设计主要解决多旋翼无人机，由于结构灵活而造成的不稳定，不安全，难操控的问题。主要包括硬件设计、飞行控制、组合导航的算法设计，C语言编程设计。硬件设计采用成熟飞控和部分接口、导航控制硬件设计相结合。主要设计任务如下：

   （1）飞控算法分析，PID导航控制算法设计；

   （2）利用KEIL软件进行C语言设计，完成底层驱动程序的编写和算法的软件实现；

   （3）完成硬件搭建设计，烧录C语言代码，对算法程序进行验证，完成最初的功能设计。