摘要：作为一种多旋翼飞行器，四轴飞行器也叫做无人机，其特殊的结构让它能够实现垂直起飞降落。具有较高的适应性以及较低的成本，其新颖的结构和操作的灵活性让其广泛应用在农业、航空、测量、军事、检查等领域。

四轴飞行器的参数化模型中，飞行控制算法、姿态计算和故障分析系统对飞行器平稳飞行起着重要的作用。在现有的模型结构或模型参数估计方法中，适合于非线性无人机模型的方法较少。四轴飞行器的机械构造非常特别，与普通的飞行器大不相同。四轴飞行器的飞行系统拥有很多特别之处，比如说耦合高、变量繁多、随时间变化等等内外因素都会影响飞行器的正常工作。因此，近年许多学者都在研究其飞行的建模和飞行的控制，这也代表了四周飞行是一个非常热门的研究专题。

本文在介绍了研究四轴飞行器的意义的基础上，阐述了四轴飞行器的诸多相较于其他飞行器的优势。我还列举出了现阶段的四轴飞行器在使用方面的一些缺陷，然后介绍四轴飞行器在国内外现如今的状况以及飞行器在历史上的发展过程。对几个国内外知名四轴飞行器进行进一步的介绍。

本文在研究四轴飞行器在空气中运动原理的基础之上，阐述了四轴飞行器的空气动力原理。对四轴飞行器的特殊的飞行原理进行解析。

本文对飞行器各部分的芯片电路进行了设计。本文对飞行器的遥控通讯模块、飞行控制模块所使用的器件进行选型，并且选择了适合四轴飞行器使用的PID控制方式。选择了更加适合本次设计的小型四轴飞行器的PID控制算法。对PID算法的调试过程进行了分析。

最后。制作出了四轴飞行器的样机进行检测以及实验，测试其工作的状态是否符合预期要求。

关键词：四轴飞行器；STM32；PID控制；动力学模型

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 本课题研究的意义-1

1.2 研究领域的现状-2

1.3 四轴飞行器控制中的问题-5

1.4 所要做的工作-6

第二章 四轴飞行器的运动原理与器件选型-7

2.1 四轴飞行器的运动原理-7

2.2 四轴飞行器的器件选型-9

2.2.1系统构成-9

2.2.2器件选型-9

第三章 硬件电路设计-15

3.1电池电量测量电路-15

3.2摇杆检测电路-15

3.3 OLED显示屏电路-15

3.4 遥控器无线模块-16

3.5飞行器陀螺仪及气压计模块-17

3.6蓝牙模块电路-18

第四章 程序流程设计-19

4.1 编程软件介绍-19

4.2 遥控器程序流程设计-20

4.3 四轴飞行器程序流程设计-20

4.3.1 四轴飞行器主程序设计-20

4.3.2 四轴飞行器子程序设计-21

第五章 PID控制分析-23

5.1 常见的PID算法-23

5.1.1 三角函数直接计算-23

5.1.2互补滤波-23

5.1.3单级PID-24

5.1.4串级PID-25

5.2 飞行器的串级PID参数整定-25

第六章 样机测试-27

6.1 主要组成及选型-27

6.2 PID参数调试-31

6.3飞行器飞行测试-33

第七章 总结与展望-35

7.1总结-35

7.2展望-35

参考文献-36

致谢-37