基于STM32的四旋翼飞行器控制系统的硬件设计与实现开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

四旋翼飞行器作为一种新型无人飞行器，具有结构简单、操控灵活、成本低廉等优点，在航拍、巡检、农业植保等领域展现出巨大的应用潜力。

随着电子技术和控制理论的不断发展，对四旋翼飞行器控制系统的性能要求也越来越高，需要具备更高的可靠性、稳定性和智能化水平。

本选题旨在研究和设计一种基于stm32微控制器的四旋翼飞行器控制系统，通过深入研究飞行器动力学模型、姿态解算算法、控制算法等关键技术，实现对飞行器的精确控制，并通过硬件平台的搭建和软件程序的开发，最终实现飞行器的稳定飞行、自主悬停、航点飞行等功能。

2. 本选题国内外研究状况综述

四旋翼飞行器控制系统是一个复杂且多学科交叉的研究领域，近年来得到了国内外学者的广泛关注和研究。

国内方面，清华大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学等高校在四旋翼飞行器控制理论、系统设计、应用开发等方面取得了一系列重要成果。

例如，清华大学开发了一种基于视觉的四旋翼飞行器自主导航系统，实现了飞行器的室内定位和避障飞行；北京航空航天大学研制了一种基于arm处理器的四旋翼飞行器控制系统，实现了飞行器的稳定飞行和姿态控制。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本选题研究的主要内容包括以下几个方面：1.四旋翼飞行器飞行原理和控制理论研究：深入研究四旋翼飞行器的飞行原理、动力学模型、运动学模型，分析其控制特性和影响因素，为控制系统设计奠定理论基础。

2.控制系统硬件平台设计：设计基于stm32微控制器的硬件平台，包括传感器模块、电机驱动模块、电源模块、通信模块等，实现对飞行器姿态、高度、速度等信息的采集、处理和控制。

3.控制系统软件设计：开发基于stm32微控制器的软件系统，包括传感器数据采集与处理、姿态解算算法实现、控制算法设计与实现、通信协议设计与实现等，实现对飞行器的稳定控制和自主飞行。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、实验研究和仿真模拟相结合的方法，逐步进行，具体步骤如下：1.文献调研阶段：查阅国内外相关文献，了解四旋翼飞行器控制系统的研究现状、发展趋势以及关键技术，为本研究提供理论基础和技术参考。

2.系统设计阶段：根据研究目标和任务，确定系统的总体方案，包括硬件平台设计、软件架构设计、控制算法设计等，并进行详细的方案论证。

3.硬件开发阶段：根据系统设计方案，选取合适的硬件平台和传感器，搭建硬件电路，并进行调试和测试，确保硬件电路的稳定性和可靠性。

5. 研究的创新点

本选题的研究创新点主要体现在以下几个方面：1.基于stm32的低成本、高性能控制系统设计：本研究将采用stm32微控制器作为控制核心，设计一种低成本、高性能的四旋翼飞行器控制系统，以满足市场对低成本、高性能飞行控制系统的需求。

2.多传感器融合的姿态解算算法优化：针对传统姿态解算算法存在误差累积、抗干扰能力弱等问题，本研究将采用多传感器融合技术，优化姿态解算算法，提高姿态解算的精度和可靠性。

3.基于模型预测控制的轨迹跟踪算法研究：针对传统pid控制算法存在参数整定困难、鲁棒性差等问题，本研究将采用基于模型预测控制的轨迹跟踪算法，提高飞行器的轨迹跟踪精度和抗干扰能力。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 刘金琨.机器人控制系统的设计与matlab仿真[m].北京:清华大学出版社,2018.

[2] 刘伟,张正涛,胡欲立.四旋翼无人机控制系统设计与实现[j].电子技术应用,2022,48(11):173-177.

[3] 王道波,王腾,谢广奇,等.基于stm32的四旋翼飞行器控制系统设计[j].电子测量技术,2021,44(04):137-141.