无人机姿态控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

近些年来，四旋翼小型无人机（quav）得到了极大的发展。20世纪初期，由于科技水平不发达，四旋翼无人机的概念仅仅停留在理论中，并未研制成功。本世纪初期，科技水平渐渐发展，四旋翼小型无人机得到了大力的发展，并且应用于：航拍、包裹运送、轮船护航、机场检测、军事、农业等行业。它可以代替人力进行长时间的工作，降低成本从而进行高强度工作。

四旋翼小型无人机是通过手动/自动的遥控四个旋翼的转速，六自由度的欠驱动，强耦合的非线性系统。通过调整旋翼的力矩来进行悬停、垂直、翻滚、俯仰和偏航运动。与其他类型的无人机形式进行比较，它的优势在于飞行稳定，结构比较简单，所以成为全国科学家研究的热门。但是其控制系统容易受到恶劣天气的影响，虽然现阶段的无人机已经能较好的适应恶劣天气，但是对于五级以上的风力、强雨雪、磁场干扰等情况，其控制系统会出现问题。

2. 研究内容和预期目标

1.研究四旋翼小型无人机的五个飞行状态的力学模型，选择并建立基础坐标系。

2.分析影响四旋翼小型无人机飞行稳定性，控制系统的鲁棒性的因素，找出解决方案。

3.对四旋翼小型无人机的硬件系统进行选型或者设计。

3. 研究的方法与步骤

本课题首先研究小型四旋翼无人机如何通过控制进行悬停、垂直、翻滚、俯仰和偏航运动，建立无人机的基础坐标系。接着需要分析影响无人机飞行的因素（如天气、磁场等），确定需要解决的关键问题。接着，对小型无人机的硬件系统进行选型，如传感器、电机和桨叶等。接着分析四旋翼小型无人机的软件系统的原理和主要环节，分析比较欧拉角法、方向余弦法和四元数法的姿态角模型，通过分析无人机的飞行姿态,设计出相对传统PID控制方法进行改进的无人机姿态控制方法，进行数学建模，并在软件上编程实现。最后，对于以上系统设计出姿态控制器并作出仿真。

4. 参考文献

[1] 刘炜,基于自适应末端滑膜控制的无人机抖振抑制方法[j].国外电子测量技术,2019(2).

[2] 丁子健,四旋翼无人机姿态分析[d].郑州:华北水利水电大学,2018.

[3] 钟海鑫,四旋翼无人机飞行姿态的几种改进控制算法研究[d].桂林:广西师范大学,2018.

5. 计划与进度安排

2022.12.31－2022.1.31查阅相关文献资料，写文献综述。

2022.2. 1－2022.3.31方案选择及初步设计。

2022.4.1－2022.4.20详细设计，设计计算，选择设计所需零部件和元器件型号。