四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计
四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计
四旋翼飞行器的研究解决了众多的军用与民用上的问题。下面由学术堂为大家整理出一篇题目
“ ” 为 四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计 的航天工程论文，供大家参考。
原标题：四旋翼控制系统的设计
摘要：在充分考虑四旋翼飞行器功能及性能的基础上，给出了微型四旋翼飞行器的实现方案，
采用 RL78G13 为核心处理器，采用 MPU6050 实现飞行姿态数据的采集，利用 nRF24L01 无线
模块实现参数的无线传输，并进行了驱动电路、电源稳压电路、电池电压检测电路的设计。针
对四旋翼飞行器在工作过程中供电电压不断降低导致控制不稳的问题，采用电池电压反馈的控
制策略有效解决了该问题。在搭建的硬件平台上，编写了相应的控制程序，经过测试，实现了
四旋翼飞行器的稳定控制。
关键词：四旋翼飞行器；姿态数据；无线传输
四旋翼飞行器的研究解决了众多的军用与民用上的问题。军方利用四旋翼飞行器进行侦查、监
视、诱饵与通信中继，解决了人为操作困难的问题，甚至减免了人员的伤亡；而在民用上，四
旋翼飞行器能够实现大气监测、交通监控、森林防火等功能，有效预防了危机的产生，而促使
四旋翼飞行器得到广泛应用的前提，是实现其平稳飞行及自主运行[1].本设计以实现四旋翼飞
行器的稳定悬停与按照预定轨道自主飞行为目标，旨在探索四旋翼飞行器的硬件结构与飞行原
理，并通过实际调试，理解四旋翼飞行器的相关控制理论，并解决四旋翼飞行器在工作过程中
由于供电电压不断降低导致控制不稳的问题。
1 设计原理方案
四旋翼飞行器的核心是利用 MPU6050 对其飞行过程中的三轴加速度与三轴角速度值进行采
集，主控制器采用四元数方法及 PID 算法对姿态数据进行解算，并将计算后的 PWM 控制信号
施加到电机上，进而实现对四旋翼飞行器的控制。
通过调研及综合目前四旋翼飞行器系统的特点及要求，确定了设计的性能及指标如下。
（1 ）通信功能：具有无线接口，实现飞行功能的无线设定。
（2）飞行功能：①自主空中悬停于 60cm 处；②垂直升起至 30cm 处，水平飞行 60cm 后稳定
降落；③垂直升起至 60cm 处，水平飞行 1m 后稳定降落；④由无线设定高度及飞行距离，完
成起飞及降落功能。
基于对需要实现功能的理解，确定该设计的核心控制器为 16 位MCU 芯片 RL78G13,主要完成
飞行数据的处理、PID 运算及 PWM 的输出。系统由 RL78G13 最小系统、无线收发模块、飞行
数据采集模块、电池电压检测模块、高度检测模块、电源电路模块、电机驱动模块等构成，总
体结构框图如图1 所示。
各模块的功能如下：RL78G13 最小系统作为四旋翼飞行器的主控；飞行数据采集模块，用于对
四旋翼飞行器飞行姿态的相关数据进行采集；高度检测模块，实现定位追踪四旋翼飞行器实际
高度信息的功能；无线收发模块，实现数据的无线收发；电池电压检测模块，用于消除由于电
池电量消耗对四旋翼飞行器造成的影响；电源电路模块，为整个四旋翼飞行器提供电能；电机
驱动模块，用于提高 I/O 口的驱动带载能力。
2 硬件设计
2.1 电机驱动电路设计
RL78G13 单片机 I/O 口输出电流为10mA,3.7V 空心杯电机的空载电流为80mA,显然采用
RL78G13 单片机 I/O 口作输出，无法驱动起四路空心杯电机，因此设计了驱动电路以提高 I/O
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四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计四旋翼飞行器的研究解决了众多的军用与民用上的问题。下面由学术堂为大家整理出一篇题目“”为四旋翼飞行器的稳定悬停与飞行设计的航天工程论文，供大家参考。 原标题：四旋翼控制系统的设计摘要：在充分考虑四旋翼飞行器功能及性能的基础上，给出了微型四旋翼飞行器的实现方案，采用RL78G13为核心处理器，采用MPU6050实现飞行姿态数据的采集，利用nRF24L01无线模块实现参数的无线传输，并进行了驱动电路、电源稳压电路、电池电压检测电路的设计。针对四旋翼飞行器在工作过程中供电电压不断降低导致控制不稳的问题，采用电池电压反馈的控制策略有效解决了该问题。在搭建的硬件平台上，...
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作者：闻远设计
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