摘要：四旋翼飞行器具备失控返航，方向控制灵活等特点，使其在农业，军事等行业中扮演着重要的角色，本文基于STM32微控制器设计了实现小体积，高载荷功能的地面控制飞行系统。首先分析四旋翼飞行器的飞行原理，飞行受力情况，从而推导出数学模型，确定系统的总体方案；其次对四旋翼飞行器的硬件模块的电路设计，其中包括：STM32主控制板电路、电源模块、电机驱动模块、遥控器接收模块以及Wi-Fi通信模块。完成系统软件模块的设计，其中包括四旋翼飞行器控制系统的数据采集、姿态控制、数据通信等模块的程序设计。最后通过PID的经典控制算法对系统进行四旋飞行器的飞行稳定性能、跟随性能、抗扰性能的调试，测试结果符合技术要求，实现飞行器在一定区域内一键式起飞、定点悬停、稳定跟踪飞行，最终精准降落的研制目标。对四旋翼飞行器在军事和民用领域的应用具有研究的意义。

关键词  四旋翼飞行器；STM32；PID算法

目录

摘要

Abstract

1 绪论-3

1.1 研究背景-3

1.2 国内外研究现状-3

1.2.1 国外研究现状-3

1.2.2 国内研究现状-4

1.3 系统研制目标-4

1.3.1 系统基本要求-4

1.3.2 系统飞行任务-5

2 四旋翼飞行器系统结构及动力学模型-6

2.1 四旋翼飞行器系统结构-6

2.2 四旋翼飞行器飞行原理-6

2.3 四旋翼飞行器系统建立数学模型-9

2.3.1 参考坐标系的建立及转换-9

2.3.2 求解欧拉角-10

2.4 建立四旋翼飞行器的动力模型-14

3 四旋翼飞行器系统硬件设计-17

3.1 四旋翼飞行器总体设计-17

3.2 四旋翼飞行器电源模块-17

3.3 四旋翼飞行器主控板设计-18

3.4 四旋翼飞行器遥控器接收模块-19

3.5 四旋翼飞行器无线通信模块-19

3.6 四旋翼飞行器驱动模块-20

4 四旋翼飞行器软件系统设计-21

4.1 四旋翼飞行器软件系统总体设计-21

4.2 四旋翼飞行器系统的数据采集模块-21

4.3 四旋翼飞行器系统的PID姿态控制-22

5 四旋翼飞行器的系统测试-23

5.1 测试方案-23

5.2 测试条件与仪器-23

5.3 测试结果及分析-23

结论-25

参考文献-26

附录-27

致谢-30