基于嵌入式芯片的螺旋翼飞行器的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近些年国内外多旋翼飞行器行业发展如火如荼，飞行器越来越受各类行业欢迎，代替人类去完成一些危险任务,多旋翼飞行器越来越被广泛的应用在军事、民用、以及科学研究等多个领域,同时其本身也向着高效、多功能化方面发展。多旋翼飞行器是一种可以垂直起降的飞行装置。按旋翼数目可分为四旋翼、六旋翼和八旋翼等等,其中以四多旋翼飞行器最具有代表性且最为常见。绝大多数多旋翼飞行器都属于静不稳定飞行器,在操控的过程当中,一般需要装配自动飞行控制系统。

多旋翼飞行器早起的研究历经了很多阶段，从开始设计到达到垂直起降发展了近四十年，这一时期设计出的载人多旋翼飞行器，虽然可以进行垂直起降的飞行。但是由于原型机前期表现欠佳，后期的稳定性较差，多旋翼飞行器的实用性没有被推广起来，导致了多旋翼飞行器发展的停滞。

然而,近十几年来,多旋翼飞行器又引起了人们极大的兴趣,随着多旋翼飞行器的动力能源采用电动,碳纤材料以及飞行控制理论等技术突飞猛进的发展,多旋翼飞行器的发展带来了前所未有的契机,很多学术论文不断 发表,飞行器的结构和性能也得到了极大的优化。与此同时,多旋翼飞 行器向微小型和大型两个方面发展。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：在了解多旋翼飞行器空气动力学知识基础情况下，深入学习嵌入式芯片的基本原理，设计相关电路，使用多种模块并行开发，植入嵌入式代码以驱动芯片工作计算，使用相关控制算法进行控制。飞控主要通过2.4G无线模块进行控制通信,系统采用惯性测量单元获取姿态信息,根据反馈控制算法进行电机控制，从而实现飞行控制，实现简易四轴飞行器。

研究目标：利用惯性测量单元姿态获取技术、PID电机控制算法、2.4G无线遥控通信技术和高速空心杯直流电机驱动技术来实现简易的四轴飞行器。

拟采用技术方案及措施：遥控端主控制器STM32通过外设对摇杆数据进行采集,把采集到的数据通过2.4G无线通信模块发送至飞控端。飞控板的主要工作就是通过无线模块进行控制信号的接收,并且利用惯性测量单元获得实时系统加速度和角速度原始数据,并且解算出当前的系统姿态,然后根据遥控板发送的目标姿态和当时的姿态差计算出PID电机增量,最后通过PWM驱动电机进行系统调整来实现飞行器的稳定飞行。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，查阅单片机的相关知识以及sata硬盘数据传输的基本特点。确定方案，完成开题报告。

第4－9周：阅读并翻译文献，学习理论知识。掌握多旋翼飞行器相关空气动力学知识与电路设计知识，学习使用protel dxp软件，并学习嵌入式芯片基本烧录操作。根据开源方案进行改造，完成总体设计

第10－14周：完成硬件电路的设计，单片机控制模块的仿真，实物的制作以及实物的功能验证。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] brian w.kernighan/dennis m.ritchie the cprogramming language[m]. prenticehall.2011

[2]李尧.四旋翼飞行器控制系统设计[d].大连:大连理工大学,2013.

[3]谭浩强.c程序设计教程[m].北京:清华大学出版社,2010.