四旋翼无人机可视化半实物仿真平台研究_张垚

四旋翼无人机毕业设计

渤海大学本科毕业论文（设计）四旋翼无人机设计与制作 The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle 学院（系）： 专业： 学号： 学生姓名： 入学年度： 指导教师： 完成日期：

摘要 四旋翼无人机飞行器因为它的结构简单，而且控制起来也很方便，因此它成为了近几年来发展起来的热门产业。在这里本文详细的介绍了四旋翼飞行器的设计和制作的过程，其中包括了四旋翼无人机飞行器的飞行原理，硬件的介绍和选型，姿态参考算法的推导和实现，系统软件的具体实现。该四旋翼飞行器控制系统以STM32f103zet 单片机为核心，根据各个传感器的特点，采用不同的校正方法对各个传感器数据进行校正以及低通数字滤波处理，之后设计了互补滤波器对姿态进行最优估计，实现精确的姿态测量。最后结合GPS控制与姿态控制叠加进行PID控制四旋翼飞行器的四个电机，来达到实现各种飞行动作的目的。在制作四旋翼飞行器的过程中，进行了大量的调试并且与现有优秀算法做对比验证，最终设计出能够稳定飞行的四旋翼无人机飞行器。 关键词：姿态传感器；四元数姿态解算；STM32微型处理器；数据融合；PID

The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle Abstract Quad-rotor unmanned aerial vehicle aircraft have a simple structure, and it is very easy to control, so it has become popular in recent years. Here article describes in detail the design and the process of making the four-rotor aircraft, including Quad-rotor UAV aircraft flight principle, hardware introduction and selection, implementation and realization of derivation attitude reference algorithm, the system software . The Quad-rotor aircraft control system STM32f103zet microcontroller core, and the advantages and disadvantages based on the accelerometer sensor, a gyro sensor and electronic compass sensors using different correction methods for correcting various sensor data and low-pass digital filter processing, after design complementary filter to estimate the optimal posture, precise attitude measurement. Finally, GPS control and attitude control PID control is superimposed four-rotor aircraft four motors to achieve a variety of flight maneuvers to achieve the purpose. Four-rotor aircraft in the production process, a lot of debugging and do comparison with the existing excellent algorithm validation, the final design to stabilize the Quad-rotor UAV flying aircraft. Key Words：MEMS Sensor; Quaternion; STM32 Processor; Data Fusion; PID

最高效的四旋翼无人机数据采集建模

最高效的四旋翼无人机 数据采集建模 CKBOOD was revised in the early morning of December 17, 2020.

最高效的四旋翼无人机数据采集建模 一、简介 近年来，微小型四翼无人机已经成为了无人飞行器研究领域的一个热点。它结构简单、机动性强、便于维护，能够在空中悬停、垂直起飞和降落。在军用和民用方面具有较大的潜在应用价值，国内外许多研究单位纷纷致力于四旋翼无人机飞行控制的架构设计与飞行控制研究，以实现四旋翼无人机的自主飞行。机载传感器系统是四旋翼无人机飞行控制系统的重要组成部分，它为机载控制系统提供可靠的飞行状态信息，是实现四旋翼无人机自主飞行的重要设备。 现在无人机应用最广的是倾斜摄影技术优势或者说最吸引用户的，就是利用倾斜摄影技术可以全自动、高效率、高精度、高精细的构建地表全要素三维模型。 二、四旋翼无人机特点 1、机动性能灵活，低空性能出色。能在城市、森林等复杂环境下完成各种任务。可完成空中悬停监视侦查。实现对动力要地低，能在狭小空间穿行，能垂直起降，对起降环境要求低。 2、对动力要求较小，产生的噪音低，隐蔽性能高，安全性能出色。四旋翼无人机采用四个马达提供动力，可使飞行更加稳定和精确。 3、结构简单，运行、控制原理相对容易掌握。 4、成本较低，零件容易更换，维护方便。

三、飞行软件 目前无人机种类繁多，针对无人机开发的飞控软件也有很多，目前比较好用的是DJI GS Pro、DJI GO4、Litchi Vue、Pix4d等。 四、数据采集，使用DJI GS pro 1、打开DJI GS pro软件，点击新建任务 2、点击测绘航拍区域模式 3、点击地图选点（飞行定点比较耗飞机电量，无特殊情况建议不使用） 4、点击屏幕就会出现一个航测区域，手动拖拽四个定点可以改变航测的面积和形状，同时也可以手动增加拐点，让航测面积更加的灵活多样。并且在右边的菜单栏里选择好对应的云台相机；设置好任务的高度，任务的高度和拍摄的清晰度，成图的分辨率有很大的关系；大面积的时候尽量选择等时间拍照，因为能上传的航点是有限的。 5、点击进入右侧菜单的高级选项之中，重新设置一下航测的重叠了，一般航向和旁向重叠率是700%和70%（最好不要低于70%）；设置好云台俯仰角，正射影像图一般为-90°，拍摄3D立体时一般为-45°；设置好返航高度，确保返航时不会碰撞到障碍物。 6、点击右上角飞机左边更多选项，点击高级设置（地图优化限中国大陆地区使用打开）；这点也是最关键的一点，这时候一定要点开中国大陆这个选项，不然飞行器的位置是偏移的。会导致航测任务区域整体偏移，有一部分任务没有拍摄到。

植保无人机操作综合考试1

植保无人机综合考试（一） 一、单选题 1. 四旋翼无人机能飞起来是因为（） A. 无人机本来就比空气飞轻 B.因为风将无人机吹到空中 B. 四个螺旋桨旋转产生的升力大于无人机重力 C. 四个螺旋桨旋转使无人机重力消失 2. P20 植保无人机飞行作业的效率，是人工植保的多少倍？（） A. 60至80倍 B.10至20倍 C.7倍 D.90至100倍 3. 喷洒的药物雾化效果越好，作物的吸收效果也越好。P 系列农业无人机的离心雾化喷头能把药粒雾化到多少微米？ A. 150-550 微米 B.85-550 微米 C.100-600 微米 D.200-600 微米 4. 出于人员安全考虑，作业地块应处于以下哪种状态？（） A. 作业时，刚作业过的航线区域考研有人 B. 当作业高度比人高 1 米时，作业区域可以有人 C. 作业区域不能有人 D. 无人机起飞时，刚作业过的航线区域可以有人 5. 智能电池充电完成后会有什么提示？（） A. 无提示 B.五颗绿灯闪烁并伴有声音提示 C.五颗绿灯常亮并伴有声音提示 D. 五颗绿灯闪烁 6. 农业无人机植保作业过程中，小白发现“极飞农业”APP 出现电池电量低的警告（当电量《=30%时），但此次航线作业还未完成，建议小白（） A. 以防止智能电池过度放电为原则，安全返航更换电池 B. 以完成作业为第一目的，智能电池可以过度放电一两次 C. 以完成作业为第一目的，即使智能电池过度放电也无所谓 D. 只要无人机不会掉下无需理会智能电池的电量 7. 灌药机校准步骤可简要归纳为（） A. 先满药箱校准再空药箱校准 B. 先空药箱校准再满药箱校准 C. 空、满药箱只需校准一个即可 D. 空、满药箱校准满药先后顺序 8. 灌药机与药箱连接插孔需保持清洁，否则灌药过程中可能会导致什么情况？（） A. 灌药机显示异常 B.无影响 C.漏药 D.灌药量出错

四旋翼飞行器建模与仿真Matlab

四轴飞行器的建模与仿真 摘要 四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的多旋翼飞行器,它非常适合近地侦察、监视的任务,具有广泛的军事和民事应用前景。本文根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型。四旋翼飞行器有各种的运行状态,比如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等。本文采用动力学模型来描述四旋翼飞行器的飞行姿态。在上述研究和分析的基础上,进行飞行器的建模。动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系以及参考牛顿-欧拉模型建立的仿真模型，模型建立后在Matlab/simulink软件中进行仿真。 关键字:四旋翼飞行器,动力学模型，Matlab/simulink Modeling and Simulating for a quad-rotor aircraft ABSTRACT The quad-rotor is a VTOL multi-rotor aircraft. It is very fit for the kind of reconnaissance mission and monitoring task of near-Earth, so it can be used in a wide range of military and civilian applications. In the dissertation, the detailed analysis and research on the rack structure and dynamic characteristics of the laboratory four-rotor aircraft is showed in the dissertation. The dynamic model of the four-rotor aircraft areestablished. It also studies on the force in the four-rotor aircraft flight principles and course of the campaign to make the research and analysis. The four-rotor aircraft has many operating status, such as climbing, downing, hovering and rolling movement, pitching movement and yawing movement. The dynamic model is used to describe the four-rotor aircraft in flight in the dissertation. On the basis of the above analysis, modeling of the aircraft can be made. Dynamics modeling is to build models under the principles of flight of the aircraft and a variety of state of motion, and Newton - Euler model with reference

关于无人机的论文综合

前言： 无人机(缩写为UAV)又称“空中机器人”是一种动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器。它大体上是由无人机载体、地面站设备(无线电控制、任务控制、发射回收等起降装置)以及有效负荷三部分组成的。根据无人机的结构、飞行时间、飞行距离或执行任务的性质等特点我们可以把它划分成不同种类。从总体结构来看,无人机有固定翼、垂直旋翼、倾斜旋翼、旋翼/固定翼之分;根据活动半径和续航时间,无人机可大体分为近程、短程、中程和远程四类;根据用途,我们又可以把无人机分为军用和民用两大类。无人机是1917年由英国首先研制成功的。虽然它问世已久,但直到上世纪50年代才得到了真正的发展。 国内外无人机发展现状： 国内无人机近几年来发展比较快，民企也多通过第三届尖兵之翼就可以看出国内现在发展无人机的趋势越来越好。而除军事用途外，由于无人机成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等的优势，使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。正是因为看到未来无人机的民用市场潜力巨大，除一些科研院所外，民营企业也开始介入无人机市场。目前粗略估计全国约有170多家单位在生产无人机。“就低端产品而言，一套无人机系统的生产成本有可能不超过几十万元，这也是中国有众多厂家看重无人机市场前景的一个原因。我国无人机当前只具备侦查能力，无人机并不被现代战争看好，机器造价昂贵，战场灵敏度低，极易被敌人

捕捉，无法防御最新的电磁干扰等种种弊端，即便是美国也无能力大规模生产。 国外近年来，无人机在民用方面的应用越来越多，各国在无人机的民用方面逐渐开放。无人机已经广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多领域。在过去几年，英国已经向130多家企业和政府机构颁发许可，美国签发了1400多份许可。毫无疑问，随着技术的更新和发展，民用无人机将迎来井喷式的发展，应用前景十分广阔。 国际无人机标杆国家极其发展情况如下： 美国： 美国作为全球第一军事强国，无人机的种类和数量都居全球第一，美国无人机的发展方向代表了世界无人机的发展趋势。为了指导和规划美国无人机的发展，美国国防部相继于2000，2002，2005和2007年公开发表了4个官方文件：《2000~2025年美国无人机路线图》，《2002～2027年美国无人机路线图》，《200～2030年美国无人机系统路线图》、《2007～2032年美国无人系统路线图》。前3个路线图分别给出了自主控制等级发展趋势图，对无人机自主控制级别( Autonomous control level，ACI ) 都采用了相同的提法，把自主控制的级别划分为了10级，对自主控制等级的衡量标准中包括故障诊断能力、航线规划能力、机群协同能力、机群战术规划能力、分布式控制、机群战略目标等内荣。并对当前有代表性的、在研究的和未来规划的无人机系统如Pioneer，Global Hawk，X-45，AFRI Goal和ONR Goal等的ACI都进行了较明确的定义。ACI己经开始作为一种标准用来衡量无人机的自主性提高ACI是美国无人机发展的趋势之一。美国国家航空航天局(NASA)新成立了一个无人机应用中心，专门开展无人机的各种民用：研究，它同美国海洋与大气局(NOAA)合作利用无人机进行天气

四旋翼飞行器实验报告

实验报告 课程名称：《机械原理课内实验》 学生姓名：徐学腾 学生学号：1416010122 所在学院：海洋信息工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 报导教师：宫文峰 2016年6 月26 日

实验一四旋翼飞行器实验 一、实验目的 1.通过对四旋翼无人机结构的分析，了解四旋翼无人机的基本结构、工作的原理和传动控制系统； 2. 练习采用手机控制终端来控制无人机飞行，并了解无人机飞行大赛的相关内容，及程序开发变为智能飞行无人机。 二、实验设备和工具 1. Parrot公司AR.Drone 2.0四旋翼飞行器一架； 2. 苹果手机一部； 3. 蓝牙数据传输设备一套。 4. 自备铅笔、橡皮、草稿纸。 三、实验内容 1、了解四旋翼无人机的基本结构； 2、了解四旋翼无人机的传动控制路线； 3、掌握四旋翼无人机的飞行控制的基本操作； 4、了解四旋翼无人机翻转动作的机理； 5、能根据指令控制无人机完成特定操作。 四、实验步骤 1、学生自行用IPHONE手机下载并安装AR.FreeFlight四旋翼飞行器控制软件。 2、检查飞行器结构是否完好无损； 3、安装电沲并装好安全罩； 4、连接WIFI，打开手机AR.FreeFlight软件，进入控制界面； 5、软件启动，设备连通，即可飞行。 6、启动和停止由TAKE OFF 控制。 五、注意事项 1.飞行器在同一时间只能由一部手机终端进行控制； 2. 飞行之前，要检查螺旋浆处是否有障碍物干涉； 3. 飞行之后禁止用手去接飞行器，以免螺旋浆损伤手部； 4. 电量不足时，不可强制启动飞行； 5. 翻转特技飞行时，要注意飞行器距地面高度大于4米以上； 6. 飞行器不得触水； 7. 飞行器最大续航时间10分钟。

无人机系统建设方案(初稿)--李仁伟--2018.09.21

监管场所无人机系统 建设方案 北京创羿兴晟科技发展有限公司 2018.9

目录 目录 目录 (1) 一、概述 (2) 1.1、背景 (2) 1.2、应用 (2) 1.3、方案依据标准规范 (3) 二、系统介绍 (5) 2.1、系统功能 (5) 2.2、功能及产品介绍 (5) 2.2.1、六旋翼无人机主机 (5) 2.2.2、航拍摄像 (12) 2.2.3、空中抛投 (25) 2.2.4、通信中继..................................... 错误！未定义书签。 2.3、无人机综合管控指挥平台 (29) 2.3.1、平台内容 (30) 2.3.2、软件架构 (31) 2.3.3、通信架构 (31) 2.3.4、客户端界面 (32)

一、概述 1.1、背景 无人机产业发展至今，已经成长为了一个完整的体系，在这个体系之下，无人机从功能上细分到了各个领域，除了航拍、植保等功用之外，无人机也在勘察、安检等领域拥有不错的发挥，其中安全巡逻无人机已经成为无人机市场中的一匹迅速崛起的黑马，并且还在不断地快速成长。运用高科技手段对监狱工作提供技术支持已刻不容缓。作为高度戒备监狱，监狱押犯规模大、在押罪犯刑期长、犯群结构复杂，为积极整合资源、推动高新技术应用、完善综合保障机制、增强突发事件应对能力。 无人机可完成包括巡航、实时监控、取证拍摄等一体化飞行及监控任务，并能将高清视频或高像素照片实时传输到执法终端。今后，它不仅会用于监管设施及周边区域的隐患排查，维护监管安全，为监狱指挥中心作出实时部署提供第一手资料；它还对开展隐蔽督察、视频督察、掌握狱情灾情和处置突发事件发挥重要作用。

四旋翼无人机建模及其PID控制律设计

四旋翼无人机建模及其PID控制律设计 时间：2012-10-27 来源：现代电子技术作者：吴成富，刘小齐，袁旭 关键字：PID无人机建模 摘要：文中对四旋翼无人机进行建模与控制。在建模时采用机理建模和实验测试相结合的方法，尤其是对电机和螺旋桨进行了详细的建模。首先对所建的模型应用PID进行了姿态角的控制。在此基础上又对各个方向上的速度进行了PlD 控制。然后在四旋翼飞机重心进行偏移的情况下进行PID控制，仿真结果表明PID控制律能有效的控制四旋翼无人机在重心偏移情况下的姿态角和速度。最后为了方便控制加入了控制逻辑。 关键词：四旋翼；建模；PID；控制；重心偏移；控制逻辑 四旋翼无人机是一种具有4个旋翼的飞行器，有X型分布和十字型分布2种。文中采用的是X型分布的四旋翼，四旋翼无人机只能通过改变旋翼的转速来实现各种运动。国外对四旋翼无人直升机的研究非常活跃。加拿大雷克海德大学的Tavebi和McGilvrav证明了使用四旋翼设计可以实现稳定的飞行。澳大利亚卧龙岗大学的McKerrow对Dragantlyer进行了精确的建模。目前国外四旋翼无人直升机的研究工作主要集中在以下3个方面：基于惯导的自主飞行、基于视觉的自主飞行和自主飞行器系统。而国内对四旋翼的研究主要有：西北工业大学、国防科技大学、南京航天航空大学、中国空空导弹研究院第27所、吉林大学、北京科技大学和哈工大等。大多数的研究方式是理论分析和计算机仿真，提出了很多控制算法。例如，针对无人机模型的不确定性和非线性设计的 DI／QFT(动态逆／定量反馈理论)控制器，国防科技大学提出的自抗扰控制器可以对小型四旋翼直升机实现姿态增稳控制，还有一些经典的方法比如PID控制等，但是都不能很好地控制四旋翼速度较大的情况。本文对四旋翼无人机设计了另外一种不同的控制方法即四旋翼的四元数控制律设计，仿真结果表明这种控制方法是一种有效的方法。尤其是对飞机的飞行速度较大的情况，其能稳定地控制四旋翼达到预期的效果。 1 四旋翼的模型 文中所研究的四旋翼结构属于X型分布，即螺旋桨M1和M4与M2和M3关于X轴对称，螺旋桨M1和M2与M3和M4关于Y轴对称，如图1所示。对于四旋翼的模型本文主要根据四旋翼的物理机理进行物理建模，并做以下2条假设。

无人机编程技术及智能系统设计

无人机编程技术及智能系统设计 1．无人机编程技术 1.1．无人机编程技术综述 无人机本身是个非常综合性的系统。就基本的核心的飞行控制部分来说，一般包括内环和外环。内环负责控制飞机的姿态，外环负责控制飞机在三维空间的运动轨迹。高端的无人机，依靠高精度的加速度计和激光陀螺等先进的传感器（现在流行的都是基于捷连惯导而不是平台式），计算维持飞机的姿态。低端的型号则用一些MEMS器件来做姿态估算。但它们的数学原理基本是相同的。具体的算法根据硬件平台的能力，可能采用离散余弦矩阵/四元数/双子样/多子样. 高端的无人机，AHRS/IMU采用的基本都是民航或者军用的著名产品。例如全球鹰的利顿LN-100G/LN-200等。这些系统价格昂贵但精密，内部往往是零锁激光陀螺之类。例如LN-100G的GPS-INS组合，即使丢失GPS，靠惯性器件漂移仍可以控制在120m/min。低端的无人机就没那么精密讲究了，一般都依赖GPS等定位系统来进行外环控制，内环用MEMS陀螺和加速度计进行姿态估算。 如果把无人机看成一个完整的系统，那么还需要很多其他支持，例如任务规划，地面跟踪等等.进行无人机编程，得看你具体是指哪方面。如果是飞控系统，你得需要比较扎实的数学知识，对各种矩阵运算/控制率什么的有深刻的了解。如果只是希望现有的带飞控的平台去做一些任务，那么需要根据具体的平台来考虑。有些平台提供了任务编辑器，甚至更灵活的任务脚本。 1.2．无人机编程模块分类： 模块分类最粗的分法就是两个模块，一个模块负责飞行，维持飞机航线和姿态，以及和地面控制的通信，另一个模块就是功能模块，因为无人机总是要完成一些任务，具有一定功能的，如果再细分的话飞行模块里还有姿态控制，航线控制，GPS定位，电源或者燃料的管理等等。功能那一部分就看无人机要完成的任务了。如果说编程的话任何一个部分都可以通过程序自动划实现的。 1.硬件接口编程：如控制器和各传感器之间 2.控制算法程序实现，控制姿态调整的算法，编队飞行的算法，自主飞行智能算法等等。这些算法需要在主控器上通过机器语言（程序）实现。 3.传感器数据处理。如陀螺仪的角速度，强磁计的偏航信息，加速度计

四旋翼无人机毕业设计

四旋翼无人机毕业设计 目录 摘要 ............................................................................................. 错误！未定义书签。Abstract ................................................................................................ 错误！未定义书签。1绪论 .. (1) 1.1研究背景及意义 (1) 1.2 国内外四旋翼飞行器的研究现状 (1) 1.2.1国外四旋翼飞行器的研究现状 (1) 1.2.2国内四旋翼飞行器的研究现状 (3) 1.3 本文研究内容和方法 (4) 2 四旋翼飞行器工作原理 (5) 2.1 四旋翼飞行器的飞行原理 (5) 2.2 四旋翼飞行器系统结构 (5) 3 四旋翼飞行器硬件系统设计 (7) 3.1 微惯性组合系统传感器组成 (7) 3.1.1 MEMS陀螺仪传感器 (7) 3.1.2 MEMS加速度计传感器 (7) 3.1.3 三轴数字罗盘传感器 (8) 3.2 姿态测量系统传感器选型 (8) 3.3 电源系统设计 (10) 3.4 其它硬件模块 (10) 3.4.1 无线通信模块 (10) 3.4.2 电机和电机驱动模块 (11) 3.4.3 机架和螺旋桨的选型 (12) 3.4.4 遥控控制模块 (13) 4 四旋翼飞行器姿态参考系统设计 (15) 4.1 姿态参考系统原理 (15) 4.2 传感器信号处理 (16) 4.2.1 加速度传感器信号处理 (16) 4.2.2 陀螺仪信号处理 (16) 4.2.3 电子罗盘信号处理 (17) 4.3 坐标系 (17) 4.4 姿态角定义 (18) 4.5 四元数姿态解算算法 (19) 4.6 校准载体航向角 (27) 5 四旋翼飞行器系统软件设计 (29) 5.1 系统程序设计 (29) 5.1.1 姿态参考系统软件设计 (29) 5.1.2 PID控制算法设计 (30)

无人机载荷图像仿真平台的设计与实现

—266 — 无人机载荷图像仿真平台的设计与实现 李登亮，叶 榛 (清华大学计算机系智能技术与系统实验室，北京100084) 摘 要：无人机有效载荷图像仿真平台为无人机操作员训练、地面站建设、以及指挥控制和通信系统提供必要的模拟数据和模拟环境，是研制无人机系统及其测控与通信系统的重要部分。该文讨论了如何基于相对低成本的PC 机和图像处理与传输技术构建一个完整的无人机有效载荷图像仿真平台。该平台可以接收无人机及其指挥控制系统的各种状态参数以及控制指令，通过图像处理，模拟实际情况生成有效载荷图像数据，并实时下传，以验证无人机及其指挥控制和通信系统的概念结构和工作过程。 关键词：无人机；有效载荷；图像处理；仿真 Design and Realization of Image Simulation Platform for UA V Payloads LI Dengliang, YE Zhen (Lab of Intelligent Technology and System, Department of Computer Science and Technology, Tsinghua University, Beijing 100084) 【Abstract 】The image simulation platform for UA V payloads is important to research UA V systems, because it provides simulating data and virtual environment. It creates the platform based on low-cost PC, image process and transmission. Based on parameters of UA V system and real time image process, the platform simulates image data of payload and transmits them to UA V system. The result proves that the platform is important to validate the conception frameworks and working processes of UA V system. 【Key words 】UA V; Payload; Image processing; Simulation 计 算 机 工 程Computer Engineering 第32卷 第6期 Vol.32 № 6 2006年3月 March 2006 ·开发研究与设计技术· 文章编号：1000—3428(2006)06—0266—03 文献标识码：A 中图分类号：TP391.4 无人机的不载人特性，使其可以长时间地进出各种危险的空域发挥特殊效用，完成许多过去只有有人驾驶飞机才能完成的任务；同时，无人机体积小、结构简单、自重轻、成本低、使用维护方便、机动灵活性好，具有很大的发展潜力和良好的应用前景。在无人机设计及相关控制系统的研制过程中，需要飞行模拟系统进行辅助，以节约成本、降低风险、简化操作、缩短实验周期。无人机飞行模拟系统主要包含动力学仿真、视景仿真和有效载荷仿真。本文的研究主要集中于有效载荷仿真部分。 由于当今无人机的主要任务还是监视、侦察和目标截获，因此执行监视、侦察和目标截获任务的有效载荷是无人机系统的重要组成。由于有效载荷系统工作原理复杂，价格昂贵，在无人机设计及其相关控制系统的研制中，通常借助有效载荷模拟系统，以节约成本。有效载荷仿真为无人机相关控制系统的数据接收、存储和分发、图像处理、操作员培训等功能提供无人机任务载荷仿真数据，它是无人机系统研制的一 个重要组成部分，也是设计、检验和发展无人机系统的基础。 由于无人机及其飞行任务的不同，其有效载荷的类型和特点也不相同，因此要建立一个符合具体任务需求的载荷仿真系统是比较费时的。 本文针对无人机及其相关控制系统的特点，提出并实现了一个含有典型有效载荷类型的无人机有效机载荷图像仿真平台。该平台可以不断地实时获取来自无人机相关控制系统对载荷的实时控制指令以及无人机飞行参数，模拟载荷工作状态的变化，通过系列几何变换和图像处理算法实时生成载荷视场图像数据，并实时下传至相关控制系统。此平台与无人机动力学仿真相配合，可以与相关控制系统组成一个大系统，以验证无人机控制系统的功能。 1 无人机有效载荷概览 目前世界各国所用的无人机任务有效载荷都是光学照相 机、红外扫描器、电视摄像机、前视红外等无源成像设备以 及SAR 雷达。 下面简要描述这些典型有效载荷的工作现状及其发展趋势。 1.1 光学相照机 光学照相机是古老的成像设备，也是最早装在无人机上使用的侦察设备。其最大优点是具有较高的分辨率，目前其他成像设备还无法达到。缺点是需要回收冲洗，不能满足实时情报需求。目前它在世界各国的无人机上遭到冷遇，正让位于CCDTV 。 1.2 红外行扫描仪 红外行扫描仪(IRLS)是一种热成像装置。它利用扫描镜收集红外辐射并投射到多元碲镉汞等红外探测器上，形成红外图像信号，用其调制光源并记录在感光胶片上，就构成红外照相机；也可以用这种红外图像信号调制视频通道，经过数据传输系统发送回地面接收站。前者与光学相机一样具有缺乏实时性的弊病，后者则得以克服。红外行扫描器属于机载无源探测设备，其最大的优势就是能够探测物体自然的红外辐射而不借助环境光的照射，因此可以进行夜间监视和侦察。但它机械装置复杂，由于体积和总量较大，也很少在无 基金项目：国家“863”计划基金资助项目“高高空无人机战术控制系统”(2003AA755031) 作者简介：李登亮(1976—)，男，硕士生，主研方向：图像处理，图像检索；叶 榛，教授 收稿日期：2005-02-27 E-mail ：li-d102@https://www.wendangku.net/doc/909344975.html,

无人机管理制度及运用

无人机管理制度及运用 一、无人机管理制度 为贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的安全方针，有序推 进安全生产标准化、管理精细化，弘扬“高标严管品质清廉”的精神。我分部购入大疆无人机1台，运用于安全质量环保、抢险救灾和形 象进度等方面的监测。依据中国民用航空局飞行标准司《轻小型民 用无人机系统运行暂行规定》征求意见稿，特制定本《制度》。 1、无人机纳入分部项管会管理，无人机使用和保管由分部安质部负责，其他人员使用需在安质部登记备案。 2、无人机操作员必须认真负责、不得粗心大意、不得盲目蛮干、以免危机他人的生命或财产安全。无人机操作员必须经过出售方的 培训并考核合格才能操作。 3、无人机操作员在酒后或受任何药物影响其工作能力时，严禁操作无人机，避免造成安全事件。 4、无人机起飞前操作员必须掌握天气情况、周边环境等，在风雨雪雾雷电等恶劣天气下严禁飞行，以免损坏。 5、在开阔的场地飞行：飞行时请远离建筑物、数木、高压线以及其它障碍物，同时远离水面、人群和动物。 6、在视距范围内飞行：请保持飞行器始终在视距范围内，避免飞到可能阻挡视线的物体后面造成损坏。 7、无人机与各类架空线路距离必须大于7m以上，无人机飞行 垂直高度距离路基顶面不得大于60m，无人机飞行水平宽度不得超 越青连铁路红线外30m，严禁在其它地方飞行。

8、本制度最终解释权归分部安质部，本制度不足之处在无人机使用过程中进行修订。 二、无人机性能简介 大疆PHANTOM 3 Advanced无人机由飞行器和遥控器组成。 飞行器起飞重量1280g，最大起飞速度5m/s，最大下降速度3m/s，最大水平飞行速度16m/s，最大飞行海拔高度6000m，最大平面控 制距离5000m，最大垂直飞行高度120m。 无人机机身展示 三、无人机在安全质量环保检查中的运用 运用无人机在安全质量检查中达到了“横向到边、纵向到底、全 方位无死角”的效果。在绿化工程和防护栅栏工程检查中发挥的作用 尤为突出，通过航拍能全方位的掌握施工现场存在的问题，并分析 影像资料、查找原因、以安全检查“四定”原则下发整改通知单，督 促现场积极整改，确保安全生产、质量合格。

(完整版)无人机飞行控制系统仿真研究本科生毕业论文

1 绪论 本章先主要介绍了无人机进无人机的特点，国内外研究现状和发展趋势及这篇文章的主要内容安排。 1.1无人机概述 无人机即无人驾驶飞机，也称为遥控驾驶飞行器，是机上没有驾驶员，靠自身程序控制装置操纵，自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的无人驾驶飞行器，在它上面装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统实现远距离控制飞行。无人机大体上由无人机载体、地面站设备(无线电控制、任务控制、发射回收等起降装置)以及有效负荷三部分组成。 无人机在航空业已有一百年的历史了。第一驾遥控航模飞机于1909年在美国试飞成功。1915年10月德国西门子公司研制成功采用伺服控制装置和指令制导的滑翔炸弹，它被公认为有控的无人机的先驱。世界上第一架无人机是英国人于1917年研制的。这是一架无线电操纵的小型单翼机，由于当时的许多技术问题，所以试验失败。一直到1921年英国才研制成可付诸实用的第一驾靶机。1918年德国也研制成第一驾无人驾驶的遥控飞机。1920年简氏《世界各地飞机》首次提到无人机。20世纪30年代初无线电操纵的无人靶机研制成功。在20世纪40至50年代，无人机逐渐得到了广泛使用，但这时主要是作为靶机使用。世界各国空军于20世纪50年代大量装备了无人驾驶飞机作为空靶。进入20世纪60年代后，美国出于冷战需要，将无人机研究重点放在侦察用途方面，这标志着无人机技术开始进入了以应用需求为牵引的快速发展时代。 由于无人机具有低成本、零伤亡、可重复使用和高机动等优点,因此

深受世界各国军队的广泛欢迎，近年来得到了快速发展。对于无人机而言，其自动飞行控制系统的设计是至关重要的，它的优劣程度直接影响到无人机各项性能(包括起飞着陆性能、作业飞行性能、飞行安全可靠性能、系统的自动化性和可维护性等)。因此，研究无人机的自动飞行控制技术具有十分重要的现实意义，尤其是在军事上的重要性己经得到国内外的高度重视，而无人机飞行控制系统是无人机能够安全、有效地完成复杂战术、战略使命的基本前提，因此迫切需要加强该领域的研究工作。 无人机的研制早在 20 世纪初就开始了，几乎与有人机同步，自30年代国外首次采用无线电操纵的模型飞机作为靶机以后，无人机的发展十分迅速。40年代，低空低速的小型活塞式靶机投入使用。50年代出现了高亚音速和超音速高性能的靶机，世界各国空军开始大量装备无人机作为空靶。60年代以后，随着微电子技术、导航与控制技术的发展，一些国家研制了无人驾驶侦察机，美国率先研制成功无人驾驶侦察机，并开始用于越战。无人机受到越来越多国家的青睐，发展迅猛。在1982年的中东战争中,以色列在贝卡谷地交战中，用“侦察兵”和“猛犬”无人机诱骗叙军的地空导弹的制导雷达开机，侦查获取了雷达的工作参数并测定了其所在位置。无人机的飞速发展是在海湾战争后，以美国为首的多国部队的无人机在海湾战争中成功地完成了战场侦察、火炮校射、通信中继和电子对抗任务。无人机的研制成功和战场运用，揭开了以远距离攻击型智能化武器、信息化武器为主导的“非接触性战争”的新篇章，由此引发了无人机及其飞行控制研究的热潮。 美国、英国、法国、德国、以色列、澳大利亚等国都针对这个领域投入了相当的研究力量。究其原因，用无人机替代有人驾驶飞机可以降低生产成本，便于运输、维修和保养，而且不用考虑人的生理和心理承受极限。未来无人机在军事和民事上都有广泛的应用前景。在军事领域，采用无人

四旋翼无人机带机械臂的设计与研究

四旋翼无人机带机械臂的设计与研究 发表时间：2018-06-06T15:23:16.953Z 来源：《科技新时代》2018年3期作者：鲍佳松[导读] 摘要：四旋翼无人机已经进入了众多的应用领域，在国家建设以及工程中扮演着越来越重要的角色。目前研究四旋翼无人机姿态及机身设计的文章较多，但是很少有带机械手臂的无人机。因此，本文采用了以往常见的无人机模型，摘要：四旋翼无人机已经进入了众多的应用领域，在国家建设以及工程中扮演着越来越重要的角色。目前研究四旋翼无人机姿态及机身设计的文章较多，但是很少有带机械手臂的无人机。因此，本文采用了以往常见的无人机模型，设计出机械手臂，既能保证无人机飞行过程的平稳性，而且保证抓取东西的快速、准确性。本文不仅设计了无人机的整体形态，而且选择了适合无人机飞行的硬件设施，为工程 应用打下了基础。 关键字：四旋翼飞行器；机械手臂；抓取；硬件设施 一、前言 目前，国内外研究无人机的人员越来越多，先进的无人机也层出不穷。但是大多数研究者只是关注于飞行姿态、飞行稳定性，而带有机械手的无人机则研究较少。在近年来，无人机不管是在飞行姿态、操纵系统、稳定性设计等都有长足发展，但是带有机械手的无人机动态操作等问题还比较突出。 在设计研究当中，无人机加上先进的操纵手臂之后，不仅改变了飞行器的整体重量，而且对于飞行中的控制提出了较大问题。在无人机飞行过程中，抓取动作的准确性、稳定性是考虑的重要问题。比如说，无人机在告诉的飞行中，对于其飞行速度与飞行的时间要求比较高，这就要要求无人机能够快速、及时地抓住物体，而且有时还需要对目标进行监视，这样就会避免因为噪音而引起的注意。除此之外，无人机动态抓握功能可以扩展到实时栖息，这可以用来快速地躲避大风、通过减少悬停时间来提高续航时间。 华北电力大学张虎[1]等在众多无人机研究的基础上，利用四旋翼飞行器作为基本结构，进行改进与创新，研究了一种飞滑式输电线巡检机器人，这种无人机结合了现有的四旋翼飞行器与巡线机器人优点的具有飞行与线上滑行巡检功能的机器人。Justin Thomas团队[2]在多年观察仿生机械的基础上设计研究了一种采用被动机制的机械手爪，这种手爪在抓取中能够不受外界环境的干扰，同时在垂直起飞和着陆系统中启用被动栖息的设计上采用了优化分析；Courtney E. Doyle团队[3]在多年针对放生机械研究的基础上，在无人机上加入了受到控制的附属物，使其能够高速地锁定对象并进行抓取。 本文以无人机整体设计为核心，分别对无人机的控制系统、工作原理及控制做出介绍，合理选择适合无人机的硬件，对工程应用具有较大的指导价值。 二、无人机总体设计 1.无人机控制系统组成 在整个的无人机系统当中，系统通过无线电与地面实现通信。在四旋翼无人机下方设置机械手，通过舵机控制其运动[4-6]。操作人员可以在地面输入指令，进而控制飞行器的飞行状态。同时，控制器还可以控制机械手的动作，实现抓举、松开等动作 2.无人机飞行器工作原理 四旋翼飞行器由四个螺旋桨驱动，螺旋桨分别有独立电机带动。在控制系统当中，旋转的力矩与平移动作实现了耦合。如果排除外界扰动，旋翼就能够产生与重力相等的升力，飞行器便处于悬停状态[7]。同时另外一组螺旋桨一个速度增大，一个速度减小就会产生俯仰和滚动的姿态；两组螺旋桨阻力矩的差异产生偏航姿态。 3.机械手控制 机械手的控制是此次设计的关键。手爪的设计要顾及到飞行器的相对移动速度，这样就能够获得相应的载荷；同时要考虑到其栖息能力，适应不同的环境，能够在广泛的区域停留。 4.无人机整体效果图

四旋翼无人飞行器设计学习笔记

1、互补滤波算法 互补滤波器作为一种频域滤波器，常用于融合来自不同传感器测量得到的数据。一般地，互补滤波器包含至少两种频率特性互补的输入信号。例如，对于陀螺仪和加速度计解算姿态这一双输入系统，两个输入量都能分别对姿态角进行解算，其中加速度计输入量包含高频，应通过低通滤波器来滤除；陀螺仪则包含低频噪声（积分漂移），应采用高频滤波器滤队。两者的频率特性互补，可用互补滤波思想进行姿态解算，最终输出较准确信号。 2、四元数表示姿态角 运用互补滤波与卡尔曼滤波思想进行姿态整合的过程归根结底都是利用加速度计解算出的姿态角去修正陀螺仪积分的漂移误差. 这两种方法在姿态融合过程中姿态角的表示形式都是欧拉角表示.但是用欧拉角进行姿态解算在大角度计算时会出现万向节锁(角度为90度时加速度计进行姿态解算的反三解函数无解),为了避免该问题,可采用四元数来解算姿态. 四元数的优点： ·四元数不会存在欧拉角的万向节死锁的问题 ·四元数由4个数组成2个四元数之间更容易插值 ·对四元数规范化正交化计算更加容易 3、MPU6050 DMP内部四元数解算功能 运动控制传感器MPU6050提供了DMP内部四元数解算功能，可以直接输出四元数数据。它除了提供三轴陀螺仪和三轴加速度计传感器的16位ADC信号采集功能之外，还集成了数字低通滤波器和数字运动处理DMP，可以直接输出经低通滤波处理和四元数姿态解算后的四元数数据。将该四元数转换为欧拉角，可以得到准确的俯仰角和橫滚角。 4、PID 控制

由自动控制原理可知，采用角速度反馈闭环控制可有效增加系统稳定性，因此，在进行状态角控制之前需设计姿态角速度增稳内环控制。同时，系统最终控制量为空间位置，因此需要增加外环位置控制。由此得到四轴飞行器俯仰角方向整体控制结构： 4.1、PID 控制 比例控制指的是使用一个比例系数对输入量与期望量的差进行放大或缩小。不过单纯的比例控制会产生静态误差（误差不会收敛于0），所以这时要加入积分控制，对误差进行积分再乘以积分系数，误差累计越大积分控制的比重越大。其优点是可以消除静态误差；其缺点是不稳定，会使系统产生振荡。微分控制是预测系统的变化趋势。当输入的数据缓慢变化时微分项不起作用，当产生一个阶跃响应瞬间发生变化时，微分项发挥作用，做“超前控制”。 4.2串级PID 当将两个PID串联起来,用第一个PID的输出量作为第二个PID的输入量,第一个PID的期望量为期望达到的角度,第二个PID的期望量为此时该轴的角速度,角度环为1级PID为外环,角速度环为2级PID为内环 串级PID较单级PID的优点是,作为内环的角速度由陀螺仪采集数据输出,采集值一般不存在受外界影响的情况,抗干扰能力强,并且角速度变化灵敏,当受外界干扰时,回复迅速,这样使四轴在飞行时抗干扰能力强,飞行更稳定. 4.3PID调试过程详解--P64