竞赛题目火箭助推遥控滑翔机制作与飞行

竞赛题目:火箭助推遥控滑翔机制作与飞行

附件1：浙江省第七届大学生力学竞赛要求

1、参赛要求

(1)每个参赛队只能提交一份参赛作品，并命名。作品名称不得多于10个中文字或5个英文词，作品名称和内容不得出现参赛学校名称信息。

(2)参赛学生只允许参加一个参赛队，各队应独立设计、制作。

(3)各参赛队必须在规定时间和地点参加“5、评分规则”第②、

③、④、⑤环节竞赛（第①环节竞赛由各参赛队在本校进行），缺席者作自动放弃处理。竞赛期间不得任意换人。若有参赛队员因特殊原因退出，则允许缺少1名队员，否则参赛队作自动放弃处理。

2、理论方案设计要求

(1)内容包括：方案设计摘要、主要结构布局图、计算简图、载荷分析和飞行性能（载重性能）估算等。

(2)方案设计格式和要求：封面（附件2）；第一部分为300字左右的方案设计摘要；第二部分为主要结构布局图（须提供三视图及各部分详细尺寸）、计算简图和载荷分析、飞行性能估算等。除封面外，其余各页面上均不得出现参赛学校和个人的姓名，否则方案设计按零分计。

(3)参赛队必须在规定时间将理论方案设计提交组委会，逾期作自动放弃处理。同一学校的参赛方案不得雷同，一经判定为雷同方案，组委会有权责成参赛学校选出其中的一队参赛，另一队作弃权处理。雷同性检查将在方案提交后进行。

3、滑翔机加工制作要求（示意图见附件3）

（1）滑翔机制作的主体结构材料由组委会统一提供。包括

a.滑翔机部分的主体材料：

以下材料由各参赛队自备：

b.本届比赛专用的模型火箭发动机及其推力曲线（附件4）。

（2）滑翔机主体结构材料必须使用组委会提供的材料设计和制作。

（3）滑翔机制作允许使用辅助材料，辅助材料可由各参赛队根据本队理论设计方案的需要自行增加。如果机身带有分离抛射物（抛射物不允许是载重配重物，抛射物质量不包含在滑翔机审核要求的质量内），必须采取安全回收方式，以确保分离物缓慢安全着陆。

（4）辅助材料包括标准件和其他辅助材料。标准件指大头针,螺丝钉,橡皮筋,回形针等或经竞赛委员会认可的标准件。其他辅助材料须现场加工，总质量不大于3g。辅助材料在添加前必须进行申报。

（5）滑翔机空载（包括所有电子设备及电池，不包括发动机）状态下总质量M0应满足：，正常飞行时最大翼展在750~850mm（附件3图7）。

（6）参赛队必须在规定时间内（4个小时）完成制作，组委会提供502胶、胶带纸和电子秤，其它工具自备。参赛队可利用配给的竞赛器材制作一架滑翔机进行飞行试验。只允许飞行一次。

（7）滑翔机制作完成后交组委会，由组委会对滑翔机的质量、翼展进行审核、登记，并由参赛选手代表签名。同时对作品与理论方案的一致性进行评判和打分。滑翔机主要尺寸和理论方案设计尺寸的误差应在5%以内。

4、飞行试验步骤及要求

（1）飞行试验前，组委会将比赛专用发动机在飞行场地由专人现场分发给参赛队，参赛选手进行飞行前准备。裁判员核对滑翔机质量与登记质量一致后，方能进行飞行。发射角度与垂直方向夹角30度以内，且逆风发射（见附件3图8）。

（2）飞行留空时间：从火箭点火开始计时，到滑翔机任何部分

首次触地或着陆，视为计时结束。

5、评分规则

根据①理论方案设计；②力学知识测验；③遥控滑翔机加工制作；④飞行试验；答辩，五个方面进行评分。

（1）理论方案设计（15分）

按方案设计和理论分析的完整性、合理性和正确性以及文本质量评分。

（2）力学知识测验（20分）

在各参赛队中随机抽取一名队员参加笔试，测验对力学知识掌握程度，以卷面成绩计分。

（3）滑翔机加工制作（5分）

按滑翔机制作的外观质量与设计方案的一致度评分。

（4）飞行试验（60分）

a.按照滑翔机停止前进后是否落入指定落区(落区为一个(40~45

米)*(50~55米)的矩形区域)（见附件3图9）评分: 滑翔机任

何部位触及指定落区边界或降落在落区内即认为落入指定落

区（10分）；

b.正常飞行状态下，依据飞行留空时间的长短评判，计分方法

为：，其中t为飞行留空时间，单位：秒(s)。

t b为t值前三名参赛滑

翔机第一次脱离裁判员视线或碰到任何障碍物停止前进的视

为滑翔机着陆，并停止计时。滑翔机如被障碍物遮挡，10秒

钟内重新出现的，应连续计时。t小于规定的最小值()

视为无效成绩。（50分）

（5）答辩（10分）

参加答辩名额确定：按（1）、（2）、（3）、（4）项总得分排序，在设定的一等奖数量基础上按成绩排名再扩大50%参加答辩环节，以确定特等奖（可空缺）和一等奖。答辩涉及理论力学、材料力学、流体力学以及滑翔机设计制作所涉及的相关知识。每队答辩时间不超过5分钟。

按现场叙述和答辩情况，由评委当场给分。

6. 失败判定准则

由下列情形之一的，均认为失败：

（1）滑翔机主体结构材料不符合规定的材质要求。

（2）辅助材料不符合规定的要求。

（3）滑翔机不符合规定的质量要求。

（4）滑翔机不符合规定的翼展要求。

（5）飞行前裁判员检查滑翔机质量与登记质量不一致。

（6）飞行或降落过程中滑翔机出现解体或零件脱落。

（7）飞行中发动机脱落。

（8）飞行留空时间视为飞行失败。

若发动机在起飞时因质量问题出现故障，但并未损坏滑翔机，允许更换发动机重新飞行。

附件2：浙江省第七届大学生力学竞赛理论方案设计封面

火箭助推遥控滑翔机

理论方案设计

作品名称

学校名称

学生姓名、、

指导教师

联系电话

浙江省大学生力学竞赛组委会

二零一八年三月

附件3、浙江省第七届大学生力学竞赛火箭助推滑翔机相关材料示意图（单位mm）

图1 辅助的ABS注塑结构

图2 GPI材料

图3 碳纤维杆

图4 碳纤维片

图5 钢丝拉杆

图6 舵角

图7 翼展测量示意图

图8 发射角度要求

图9 发射场地示意图

附件4: 发动机基本参数与推力曲线

2. 数据

符号单位数据参数符号单位GPI力学性能

附件5：浙江省第七届大学生力学竞赛报名表

绩。若因特殊情况需要变更参赛学生，须在现场报到前向组委会提出申请。

附件6：住宿登记表

基于STM32的四旋翼飞行器设计

摘要 四轴飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器，与普通飞行器相比，具有结构简单、故障率低和单位体积能够产生更大升力等优点，所以在军事和民用多个领域都有广阔的应用前景，非常适合在狭小空间内执行任务。 本设计采用stm32f103zet6作为主控芯片，3轴加速度传感器mpu6050作为惯性测量单元，通过2.4G无线模块和遥控板进行通信，最终使用PID控制算法以PWM方式控制电子调速器驱动电机实现了四轴飞行器的设计。 关键词：四轴飞行器,stm32;mpu6050,2.4G无线模块.PID.PWM

Abstract Quadrocopter has broad application prospect in the area of military and civilian because of its advantages of simple structure. Small size, low failure rate, taking off and landing ertically . etc. it is suitable for having task in narrow space. This design uses STM32f103zet6 as the master chip, and triaxial accelerometer mpu6050 inertial measurement unit, via 2.4G wireless module and remote control panel for communication. Finally using pid control algorithm with pwm drives the electronic speed controller to change moto to realize the design of quadrocopter. Key word : quadrocopter,stm32,mpu6050,2.4G wireless module ;pid; pwm

四旋翼设计报告

四旋翼自主飞行器(A题) 摘要 四旋翼飞行器是无人飞行器中一个热门的研究分支，随着惯性导航技术的发展与惯导传感器精度的提高，四旋翼飞行器在近些年得到了快速的发展。 为了满足四旋翼飞行的设计要求，系统以STM32F103VET6作为四旋翼自主飞行器控制的核心，处理器内核为ARM32位Cortex-M3 CPU，最高72MHz工作频率，工作电压3.3V-5.5V。该四旋翼由电源模块、电机电调调速控制模块、传感器检测模块、飞行器控制模块等构成。飞行姿态检测模块是通过采用MPU-6050模块，整合3轴陀螺仪、3轴加速度计，检测飞行器实时飞行姿态，实现飞行器运动速度和转向的精准控制。传感器检测模块包括红外障碍传感器、超声波测距模块，在动力学模 型的基础上，将四旋翼飞行器实时控制算法分为两个PID 控制回路，即位置控制回 路和姿态控制回路。测试结果表明系统可通过各个模块的配合实现对电机的精确控制，具有平均速度快、定位误差小、运行较为稳定等特点。 关键词：四旋翼飞行器；STM32；飞行姿态控制；串口PID

目录 1 系统方案论证与控制方案的选择...................................................................- 2 - 1.1 地面黑线检测传感器...................................................................... .............- 2 - 1.2 电机的选择与论证...................................................................... .................- 2 - 1.3 电机驱动方案的选择与论证...................................................................... .- 2 - 2 四旋翼自主飞行器控制算法设计...................................................................- 3 -

四旋翼飞行器结构和原理

四旋翼飞行器结构和原理 1.结构形式 旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图1.1所示。 .工作原理 四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。 （1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。 （2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3 的转速下降（改变量大小应相等），电机2、电机4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升，旋翼3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y 轴旋转，同理，当电机1 的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。 （3）滚转运动：与图b 的原理相同，在图c 中，改变电机2和电机4的转速，保持电机1和电机3的转速不变，则可使机身绕x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。 （4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图d中，当电机1和电机3 的转速上升，电机2 和电机4 的转速下降时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在

2015年全国大学生电子设计大赛四旋翼飞行器论文

2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（C题） 2015年8月15日

摘要 本文对四旋翼碟形飞行器进行了初步的研究和设计。首先，对飞行器各旋翼的电机选择做了论证，分析了实际升力效率与PWM的关系并选择了此样机的最优工作频率，并重点对飞行器进行了硬件和软件的设计。 本飞行器采用瑞萨R5F100LEA单片机为主控制器，通过四元数算法处理传感器MPU6000采集机身平衡信息并进行闭环的PID控制来保持机身的平衡。整个控制系统包括电源模块、传感器检测模块、电机调速模块、飞行控制模块及微处理器模块等。角度传感器和角速率传感模块为整个系统提供飞行器当前姿态和角速率信号，构成飞行器的增稳系统。本系统经过飞行测试，可以达到设计要求。关键字：R5F100LEA单片机、传感器、PWM、PID控制。

目录 1系统方案 (1) 1.1电机的论证与选择 (1) 1.2红外对管检测传感器的论证与选择 (1) 1.3电机驱动方案的论证与选择 (2) 2系统控制理论分析 (2) 2.1控制方式 (2) 2.2 PID模糊控制算法 (2) 3控制系统硬件与软件设计 (4) 3.1系统硬件电路设计 (4) 3.1.1系统总体框图 (4) 3.1.2 飞行控制电路原理图 (4) 3.1.3电机驱动模块子系统 (5) 3.1.4电源 (5) 3.1.5简易电子示高模块电路原理图 (6) 3.2系统软件设计 (6) 3.2.1程序功能描述与设计思路 (6) 3.2.2程序流程图 (6) 4测试条件与测试结果 (7) 4.1 测试条件与仪器 (7) 4.2 测试结果及分析 (7) 4.2.1测试结果(数据) (7) 4.2.2测试分析与结论 (8) 附录1：电路图原理 (9) 附录2：源程序 (10)

md4系列四旋翼无人机系统快速操作手册

md4系列四旋翼无人机系统 快速操作手册 佛山市安尔康姆航拍科技有限公司 2011年6月

一、起飞前的准备 1、飞行器动力电池：用电池电量显示仪对电池进行测试，对于md4-200显示 参数须高于16.5V，对于md4-1000,显示参数须高于25V。 2、遥控器：每次飞行时一定要把遥控器电池充满电，保证不会因为电量的原因 导致遥控器无法控制飞行器；遥控器的频率必须飞行器接收机的频率一致，否则，飞行器无法手动起飞； 3、地面站电脑：携带足够的设备电池，保证地面站电脑的电池能满足该次作业 的要求，不要出现在飞行过程中地面站电脑电量不足而关机的情况； 4、地面站供电：地面站承担着解码飞行器下传数据的重要任务，一旦断电，则 无法显示任何数据，这样会对安全飞行带来隐患； 5、任务载荷：如果是携带相机或摄像机，需保证该设备的电量及存储卡的容量。 6、飞行环境：md4-200要求风速小于6米/秒，md4-1000要求风速小于12 米/秒，周围环境空旷(起飞点离障碍物的距离应保持在20米以上)，对GPS 信号和磁力计不存在干扰（详情下文有说明）。

二、飞行相关 1、将飞行器放置在平坦的地面，保证机体平稳，起飞地点尽量避免有沙石、纸 屑等杂物； 2、打开遥控器电源，为飞行器插入充满电的电池，自检通过后，飞行器会每隔 两秒发出一声“滴”的响声，表示正处于搜索GPS信号状态； 3、打开地面站软件mdCockpit，弹出下行数据回放页面，重点观察GPS信号 跟设备状态。 GPS信号的确认： 观察地面站软件的下行链路解码器界面，保证GPS的定位 精度不高于4米，如右图红框部分所示。 设备状态的确认： 该步骤主要检查磁力计、GPS及SD卡的工作状态，正常模式如下图： 4、遥控器摇杆动作的分配： 图15：摇杆动作的分配

四旋翼飞行器的结构形式和工作原理

四旋翼飞行器的结构形式和工作原理 1.结构形式 直升机在巧妙使用总距控制和周期变距控制之前，四旋翼结构被认为是一种最简单和最直观的稳定控制形式。但由于这种形式必须同时协调控制四个旋翼的状态参数，这对驾驶员认为操纵来说是一件非常困难的事，所以该方案始终没有真正在大型直升机设计中被采用。这里四旋翼飞行器重新考虑采用这种结构形式，主要是因为总距控制和周期变距控制虽然设计精巧，控制灵活，但其复杂的机械结构却使它无法再小型四旋翼飞行器设计中应用。另外，四旋翼飞行器的旋翼效率相对很低，从单个旋翼上增加拉力的空间是非常有限的，所以采用多旋翼结构形式无疑是一种提高四旋翼飞行器负载能力的最有效手段之一。至于四旋翼结构存在控制量较多的问题，则有望通过设计自动飞行控制系统来解决。四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼1和旋翼3逆时针旋转，旋翼2和旋翼4顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋翼飞行器的结构形式如图1.1所示。

图1.1四旋翼飞行器的结构形式 2.工作原理 典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾桨。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直升机的姿态和位置。四旋翼飞行器与此不同，是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

制作手掷模型滑翔机

一、制作材料和工具 3×55×320mm桐木1片，3×15×320mm桐木1条，0.75×40×155桐木1片，快干胶，橡皮泥 笔、尺、＝刀、砂纸板、工作板、蜡纸、大头钉、小木块、尖嘴钳 二、制作方法 1.削制机翼 ⑴画线。按照图纸上所示机翼的尺寸在3×55×320mm的木片上用尺分别画出中心线、二条反折线及二翼尖的轮廓线。再画出机翼前缘1 /3机翼宽的翼型线。 ⑵削机翼的翼型。先按翼尖的轮廓削出翼尖来，再翼型线向前削翼型和后面的翼型面。机翼翼型削完后使用砂纸板打磨平整光滑，再把翼尖的四个角倒圆。 ⑶粘上反角。在折线处刻“V”字槽，刻时要控制槽深，既不能刻断又要刻透，及呈现透明状为宜。然后下面垫蜡纸，机翼中断固定在工作台上，V字槽中加快干胶，用一只手按住机翼中间部分，另一只手把翼尖慢慢抬起，同时在下面垫木块，使翼尖的尖端到工作台的距离是30mm，待胶干后，起出大头钉取下机翼。 2.做机身 按图示的尺寸在3×15×320mm的桐木条上用笔和尺画出机身轮廓线，然后用刀削出机身，机身剖面除与机翼、尾翼的胶合面外都要用砂纸板打磨成圆角。 3.尾翼的制作

安水平尾翼、垂直尾翼的尺寸在0.75×55×155mm的桐木片上画线，画垂直尾翼时木片的木纹方向要取从上到下的。再用刀沿线切出水平尾翼、垂直尾翼来，用砂纸板将粘合外露的尖角倒圆。 4.模型的总装 按图纸所示的位置，用快干胶把机翼、水平尾翼和垂直尾翼粘合到机身相应部位。机翼、水平尾翼在粘合时要保证于机身垂直，并且没有安装角。垂直尾翼在机身的中心线上，与水平尾翼互相垂直。 5.模型的调试 以模型的重心位置作支点，通过少量的橡皮泥粘在机头部位的方法，是模型的前后左右保持平衡，就可以试飞了。 室外试飞的一般过程是首先要调整飞行姿态：通过增减机头橡皮泥重量的方法使轻轻推出去的模型能缓缓的滑翔到地面，而不出现头重或头轻波状飞行情况。接着加大力量和角度，根据滑翔的姿态调整重心位置。 三、竞赛方法 手掷模型滑翔机的竞赛方法可分为留空时间和直线距离两种。但两种比赛对模型的重量要求是一样的；不能超过15克。且不能设助手。 ⑴留空时间赛。每轮竞赛3分钟；满10秒为正式飞行；最大测定时间30秒；每轮加时赛最长测定时间递增10秒。每次竞赛飞行三轮，三轮成绩之和为正式竞赛成绩。留空时间的计时单位为秒，保留两位小数。留空时间自模型离手开始计时，模型着陆（第一次）终止计时。 ⑵直线距离赛。模型不准安装滑行轮。场地为矩形，两条起飞线长1

电子设计大赛国赛_四旋翼自主飞行器A题

2013年全国大学生电子设计竞赛课题:四旋翼自主飞行器（B 题） 【本科组】 2013年9月7日

摘要 为了满足四旋翼飞行器的设计要求，设计了以微控制器为核心的控制系统和算法。首先进行了各单元电路方案的比较论证，确定了硬件设计方案。四旋翼飞行器采用了固连在刚性十字架交叉结构上的4个电机驱动的一种飞行器，以78K0R CPU內核为基础,围绕新的RL78 CPU內核演化而来的RL78/G13作为控制核心，工作频率高达32MHz，工作电压1.6V-5.5V，适合各种类型的消费类电子和工业应用, 满足8/16位微控制器的需求，有助于降低系统功耗，削减总系统的构建成本。采用9926B MOS管芯片的驱动直流电机，该驱动芯片具有内阻小、负载电流大、且控制简单的特性。通过采用MPU-6050整合的3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，实现了四旋翼飞行器运动速度和转向的精准控制。通过HC-SR04超声波测距模块实现了对四旋翼飞行器飞行高度的准确控制。通过激光传感器，实现了四旋翼飞行器沿黑线前进，在规定区域起降，投放铁片等功能，所采用的设计方案先进有效，完全达到了设计要求。 关键词：四旋翼自主飞行器，E18-D50NK光电传感器，寻线，超声波，单片机。

四旋翼自主飞行器（B 题） 【本科组】 1系统方案 本系统主要由电源模块、电机驱动模块、光电循迹模块模块、超声波测高模块、姿态传感器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1 电源模块的论证与选择 方案一：采用线性元器件LM7805三端稳压器构成稳压电路，为单片机等其他模块供电，输出纹波小，效率低，容易发热。 方案二：采用元器件2596为开关稳压芯片，效率高，输出的纹波大，不容易发热。 方案三：采用线性元器件2940构成稳压电路，为单片机等其他模块供电，输出纹波小，效率高，不容易发热，综合性能高。 综合以上三种方案，选择方案三。 1.2 电机驱动模块的论证与选择 方案一：采用三极管驱动，由于输出电流很大，容易发热， 方案二：采用L298N电机驱动模块，通过电流大，容易发热，使得电机转速变慢，载重量变小。 方案三：采用场效应管9926B芯片组成的电机驱动模块，驱动能力好。能承受的最大电流为7.5A，符合要求。 综合以上三种方案，选择方案三。 1.3 光电循迹模块的论证与选择 方案一：采用CCD摄像头采集图片经过算法处理循迹，前瞻性比较好、循迹效果好，但是处理程序复杂、成本高。 方案二：采用红外对管，有效距离太短，不能满足实际循迹要求。 方案三：采用E18-D50NK光电传感器，这是一种集发射与接收于一体的光电传感器, 检测距离可以根据要求进行调节。探测距离远、受可见光干扰小、前瞻性较好、抗干扰性较好。

轴飞行器作品说明书

四轴飞行器 作品说明书 摘要 四轴飞行器在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器，四轴飞行器硬件结构简单紧凑，而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案，软件算法，包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。 关键词：四轴飞行器；姿态；控制

目录 1.引言 (1) 2.飞行器的构成? (1) .硬件构成..............................................1? 机械构成 (1) 电气构成 (3) .软件构成 (3) 上位机 (3) 下位机........... . (4) 3.飞行原理........... ................................ (4) . 坐标系统 (4) .姿态的表示 (5) .动力学原理 (5) 4.姿态测量........... ................................ (6) .传感器校正 (6) 加速度计和电子罗盘 (6) 5.姿态控制 (6) .欧拉角控制 (6) .四元数控制 (7) 6.姿态计算 (7) 7.总结 (8) 参考文献 (9)

四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS?传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及，四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天，四轴飞行器已经应用到各个领域，如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等。 目前应用广泛的飞行器有：固定翼飞行器和单轴的直升机。与固定翼飞行器相比，四轴飞行器机动性好，动作灵活，可以垂直起飞降落和悬停，缺点是续航时间短得多、飞行速度不快；而与单轴直升机比，四轴飞行器的机械简单，无需尾桨抵消反力矩，成本低?。 本文就小型电动四轴飞行器，介绍四轴飞行器的一种实现方案，讲解四轴飞行器的原理和用到的算法，并对几种姿态算法进行比较。 2.飞行器的构成 四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器，四轴飞行器的硬件比较简单，而把系统的复杂性转移到软件上，所以本文的主要内容是软件的实现。? .硬件构成? 飞行器由机架、电机、螺旋桨和控制电路构成。 机械构成? 机架呈十字状，是固定其他部件的平台，本项目采用的是碳纤维材料的机架。电机采用无刷直流电机，固定在机架的四个端点上，而螺旋桨固定在电机转子上，迎风面垂直向下。螺旋桨按旋转方向分正桨和反桨，从迎风面看逆时针转的为正桨，四个桨的中心连成的正方形，正桨反桨交错安装。 CA D设计机架如图： 整体如图2-1： 电气构成 电气部分包括：控制电路板、电子调速器、电池，和一些外接的通讯、传感器模块。控制电路板是电气部分的核心，上面包含MCU、陀螺仪、加速度计、电子罗盘、气压计等芯片，负责计算姿态、处理通信命令和输出控制信号到电子调速器。电子调速器简称电调，用于控制无刷直流电机。 电气连接如图2-2所示。 .软件构成

P5B模型滑翔机训练浅谈

国际航联遥控模型滑翔机比赛有很多项目，包括遥控牵引模型滑翔机系列（f3b/j、f3h等）、遥控电动模型滑翔机（f5b）、遥控手掷模型滑翔机（f3k）和遥控火箭推进模型滑翔机（s8e/p）等。这些项目在起飞方式与飞行科目等方面虽有较大差异，但对选手的操纵要求却有很多相似之处——必须对气流有较强的感知判断能力，并据此对模型飞机进行控制，达到竞时、竞速及定点着陆等竞赛要求。 国内开展较多的项目主要有遥控电动模型滑翔机（p5b）、遥控手掷模型滑翔机（f3k/p3k）和遥控火箭推进模型滑翔机（s8d）等3项（前缀由f改为p的项目为普及级，主要是基于各项目发展现状及不同选手的水平层次对比赛器材或内容做了适当更改）。这3个项目中，p5b项目在国内开展较为广泛。除了每年的全国航空航天模型锦标赛，各地举办的模型公开赛上也经常能看到p5b模型飞机的身影。此外，青少年比赛中，还有进一步降低难度的p5b-1、p5b-2等普及级项目。 目前国内p5b项目比赛分留空时间与定点着陆两项内容。每轮比赛时间为7分钟，最大测定时间为300秒。模型从出手开始计飞行时间，动力结束时计动力时间，模型着陆停止前进时计时结束（即留空时间）。留空时间每1秒换算成1分，若超过最大测定时间着陆，则每超过1秒扣1分。定点得分以模型着陆停稳后机头在地面的垂足到靶心的距离（x）确定，计算公式为：y=100-4x。比赛最终成绩以留空时间得分与定点着陆得分之和减去动力时间得分（每1秒换算为1分）为该轮原始分，最后再以每批次各选手原始分为基础按千分制换算为正式得分。 在此，笔者结合自己在遥控模型滑翔机训练中积累的一些经验，从模型飞机的配置、调整试飞、操纵训练技巧及操纵手与助手的配合4方面对p5b项目中模型飞机调整和操纵训练进行详细介绍。 一、模型飞机的配置 俗话说，“工欲善其事，必先利其器”，模型飞机是影响比赛成绩的关键一环。p5b项目除要求模型具备极高的爬升速度，以尽量缩短动力飞行时间外，同时还要求模型具有较强的滑翔和稳定性能。目前国内比赛中技术领先的p5b模型可在7秒动力时间内爬升至150～200m（图1）。而根据竞赛规则要求，p5b模型使用的动力电池电压应低于8.4v，因此不仅要选择重量较轻、容量较大的2s锂聚合

四轴飞行器说明书

4-AXIS AEROCRAFT INSTRUCTION MANUAL 四轴飞行器说明书 ATTENTION:（注意事项） 1、This 4-axis aircraft is suitable for indoor/outdoor flying.but make sure the outdoor wind is not over grade 4. 这款四轴飞行器适用于室内/室外飞行。但要确保室外风力不超过4级。 2、2.4 technology adopted for anti-interference,even more than one quadcopter is flying in the same area they will not interferewith each other. 采用2.4GHZ抗干扰技术, 即使一个以上的飞行器在同一地区飞行，它们也不会彼此干扰。 Beside ,players can let the the aircraft fly up/down/forward/backward,left/right sideward and tuen left/right. 此外，玩家可以让飞机飞上/下/前进/后退，左转/右转和左翻/右翻。 3、Please read this man ual carefull before using,in the mean time ,please well keep the manul for future reference. 请在使用前仔细阅读本手册，同时，请妥善保管说明书备查。 ALL PARETS INCLUDED( 组成结构简介) MAIN MENU：（菜单） Lcd screen液晶屏幕Power light 电源指示灯 Servos舵机Flip key 翻转 Left hand throttle shows左手调节显示Forward and back left and right前，后，左，右Signal display信号指示Direction joystick方向操纵杆 Accelerator and steering 油门和转向Forward/back trimming 前进/后退微调 Left-turn/riggt-turn trimming 左/右转微调Left/right sideways timming左/右侧微调Power switch 电源开关 TRANSMITTER BATTERY INSTALLATION:( 安装发射器电池) Aircraft battery change:( 更换飞机电池) THE RELATED NOTES ABOUT LITHIUM BATTERY’S USAGE: 关于锂电池使用的相关说明 HOW TO CONTROL:(操作说明) 1、Aircraft power switch to the “ON”position.the vehicle-mounted with the flat ground.Motherboard light is blink,don’t turn the fuselage again. 飞行器电源开关拔到“ON”位置。将飞行器平放在地面上，主板上的灯开始闪烁，不要再转动机身。

模型制作滑翔机作文700字(高分作文)

模型制作滑翔机作文700字 “飞机模型，好漂亮。”在别人那句句赞扬中，我沉浸于其中。今天在学校的组织下，我们来到了少年宫模型世界。大家个个新奇不已，谁也没有想到自己触及到了飞机模型、橡皮筋、动力板。 一袋袋模型学具，如接力般传了下来，大家一拿到学具就喜笑颜开，心里有说不出的激动。按照说明书，从模型袋中取出两片机翼，用剪刀裁开，分为左翼、右翼。将其中一个翼片靠在桌面2cm处沿凹槽线压下，做成减速翼边，心中不断安慰自己小心，千万别弄破。接下来接前缘往上翻，翻为50°作为控制方向，把机翼翻转至底部用双面胶粘上定型片，贴至50°折角处，使其固定。第二片机翼也按此方法制作，将其两片机翼固定在翼台上方的中线处，用塑料片压下，捆绑上橡皮筋，手中犹如出现了一对焰红色的鸟翼。完成折翼后，揭开面纱的是那制作平衡尾翼。 将单独尾片用双面胶粘住后翼架上，一定要以水平中线的方式固定，又将水平直线板翼以90°的垂直平行方式用胶水粘于后翼上方，正面一看活像一只鲸的大尾巴。突然，甲床传来一阵刺痛，不好了，原来是指甲用力过猛受伤了，一定是刚才装机翼时，我心想。我勉强试了试，还可以，就自我安慰开始了最后一步最关键的组装、全拼。 先将翼台下方的两个小孔穿过机身杆后3CM处的最佳位置，用螺旋桨的小洞用力插入，使其可以正常转动，在机身杆后部约2CM处。接着让尾翼架的小洞穿进机身，我仔仔细细地操作着，每一步都丝毫不敢大意。最后大功告成时可别忘把牛皮筋给挂上。拿在手上的那不在是零件而是触动人心般焰红色飞鸟的劳动成果，心中收获着创造的快乐。 这次短暂而独具匠心的活动，让我们受益匪浅，模型本来就是我的向往，更加加深了我们对模型的认知。模型是事事物物的缩影；模型是种种成功的起点；模型更是那未来世界的蓝图。这次活动让我们不但收获了体验的快乐，也让我们的动手能力有所提高。

四旋翼飞行器 设计报告

大学生电子设计竞赛 设计报告 摘要：本设计实现基于STM32开发板的十字形四旋翼飞行器，四旋翼由主控制板、陀螺仪、电机模块、超声波测距、电源和投弹打靶模块等六部分组成。其中，控制核心STM32负责飞行器姿态数据接收和飞行姿态控制；陀螺仪采用MPU6050模块，该模块经过卡尔曼滤波处理采集的数据，输出数据，用PID控制算法对数据进行处理，同时，解算出相应电机需要的的PWM增减量，及时调整电机转速，调整飞行姿态，使飞行器的飞行的更加稳定。电机模块通过电调控制无刷直流电机，超声波传感器进行测距，起飞后悬停在一定高度，打靶后降落。 关键词：四旋翼；PID控制；陀螺仪，姿态角，电机控制

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目录 1系统方案 (1) 1.1控制系统选择方案 (1) 1.2飞行姿态控制方案论证 (1) 1.3角度测量模块的方案论证 (2) 1.4高度测量模块方案论证.............................................. 错误！未定义书签。2理论分析与计算 (2) 2.1控制模块 .................................................................... 错误！未定义书签。 2.2机翼电机 .................................................................... 错误！未定义书签。 2.3飞行姿态控制单元 (3) 3电路与程序设计 (4) 3.1系统总体设计思路 (4) 3.2主要元器件清单......................................................... 错误！未定义书签。 3.3系统框图 .................................................................... 错误！未定义书签。 3.3.1系统硬件框图 ..................................................... 错误！未定义书签。 3.3.2系统软件框图 ..................................................... 错误！未定义书签。4测试方案与测试结果.. (5) 5结论 (6) 3

四旋翼飞行器设计资料

四旋翼飞行器的设计 四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置.通过调节电机转 速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行 控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求. 一．微小型四旋翼飞行器的发展前景 根据微小型四旋翼飞行器发展现状和相关高新技术发展趋势， 预计它将有以下发展前景。 1 )随着相关研究进一步深入，预计在不久的将来小型四旋翼飞行 器技术会逐步走向成熟与实用。任务规划、飞行控制、无 G P S 导航、视觉和通信等子系统将进一步健全和完善，使其具有自主起降和全天候抗干扰稳定飞行能力。它未来的主要技术指标：任务半径 5 k m，飞行高度 1 0 0 m，续航时间 1 h ，有效载荷约 5 0 0 g ，完全能够填补目前国际上在该范围内侦察手段的空白。 2 )未来的微型四旋翼飞行器将完全能够达到美国国防预研局对 M A V基本技术指标的要求。随着低雷诺数空气动力学研究的深入，以及纳米和 M E MS 技术的发展，四旋翼 M A V必然取得理论和工程上的突破。它将是一种有 4个旋翼的可飞行传感器芯片，是一

任务与通信等子与能源、动力导航与控制、 ( 个集成多个子系统系统) 的高度复杂ME M S系统；不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行，还 能飞临、绕过甚至是穿过目标物体。此外，它还将拥有良好的隐身功能和信息传输能力。 3 )微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应 在未来的战争中，微小型四旋翼飞行器的任务之一将是对敌方进行电子干扰并攻击其核心目标。单个微小型飞行器的有效载荷量毕竟有限，难以有效地完成任务，而编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量，还能够增强其突防能力。 二．四旋翼飞行器的国内外研究现状 目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都属于微小型无人飞行器，一般可分为3类：遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。 (1)遥控航模四旋翼飞行器 遥控航模四旋翼飞行器的典型代表是美国Dfaganflyer公司研制的Dragan．flyer III和香港银辉(silverlit)玩具制品有限公司研制的X．UFO。Draganflyer III是一款世界著名的遥控航模四旋翼飞行器，主要用于航拍。机体最大长度(翼尖到翼尖)76．2cm，高18cm，重481．19：旋翼直径28cm，重69；有效载荷113．29；可持续飞行16--20min。Draganflyer III采用了碳纤维和高性能塑料作为机体材料，其机载电子设备可以控1书1]4个电机的转速。另外，还使用

安卓版四轴飞行器操作手册B

烈火狂龙Mini四轴飞行器操作手册-安卓版 先感谢您选择烈火微型四轴，在准备试飞之前请仔细看完下面的相关重要信息，桨和护罩按图示来安装，注意：桨不能装错或装反，否则无法正常起飞。 本飞行器为Ｘ模式，此模式飞行更为灵活。更便于携带微型FPV或微型摄像机等设备，满足不同的需求。 如何正确安装桨叶，首先认识一下正反桨，如下图，顺时针转风向向下的为正桨；逆时针转，风向向下的为反桨。 逆时针转顺时针转 图一正反桨识别 选配护罩的网友，可以先安装护罩到电机上，过后不要急着把桨装上去，桨要对号入座，板子上面标有转向图，还有桨的安装要便于识别航向，我常把白色的如下图安装，飞行时只要记得白色的为机尾就好飞了。飞行器控制板上的电池插件对着自已就行，“烈火狂龙”字符那边为机头。飞行器安装好后如下图，

飞行器运动方向 图二飞行器正面 图三飞行器侧面

开机次序： 1、先固定Mini四轴飞行器背面的电池，插上电池接口，此时指示灯 全亮，飞控上面两个红色和绿色指示灯闪烁，在闪烁完成之前，将飞行器置于水平地面上，初始化结束后，飞控上面红色指示灯常亮，绿色指示灯为通讯状态指示，有无线连接时亮。蓝色指示灯为蓝牙状态指示，闪烁时表明没有与手机连接，常亮时表明已与手机连接，直接在安卓界面就可以控制飞行器进入起飞状态。 2、安装并打开APP 手机要求：android2.2以上操作系统、需要取得root权限、手机带重力感应、带蓝牙。 打开APP后，主界面如下图： 3、点击连接按钮，开启蓝牙并扫描设备

4、找到设备，FIRE DRAGON ,点击设备进行蓝牙配对，配对密码为： 1234

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 to the four-rotor aircraft.Then the simulation is done in the software of Matlab/simulink. Keywords: Quad-rotor，The dynamic mode, Matlab/simulink

四旋翼飞行器设计

摘要 本设计采用瑞萨R5F100LEA单片机作为主控制器。超声波传感器实时发送飞行高度数据给主控系统，主控制器通过判断、分析、处理产生控制信号进而控制各个电机，使其在不同的飞行高度具有不同的速度，保证了飞行器在某一高度范围内飞行；主控制器读取MPU6050陀螺仪的数据，通过对采集数据的分析，使飞行器做出相应的姿态调整，来保持飞行器能够平稳飞行；激光传感器能够对白色场地上的黑线进行识别，达到循迹的目的。本设计通过对飞行控制系统的总体框架设计，实现了飞行控制系统的硬件设计和软件设计，并对设计中的关键技术问题进行了研究，最终实现了四旋翼飞行器的一键启动自主飞行控制。 关键词：R5F100LEA 传感器姿态控制四旋翼飞行器

1. 四旋翼自主飞行器简介 1.1 结构形式 四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼1和旋翼3逆时针旋转，旋翼2和旋翼4顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋翼飞行器的结构形式如图 1.1 所示。 图1.1 四旋翼飞行器结构形式 1.2 工作原理 传统直升机是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直升机的姿态和位置。四旋翼飞行器与此不同，是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

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