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四旋翼飛行器是一種能夠垂直起降的多旋翼飛行器,它非常適合近地偵察、監視、航拍、農業播撒任務。國外某些科技公司，如亞馬遜，正在開發研究利用多旋翼飛行器進行快遞投送等自動化的物流業務，可見其具有廣泛的軍事和民事應用前景。但是四旋翼飛行器控制難度較大,難點在于飛行器具有欠驅動、多變量、非線性等比較復雜的特性。因此四旋翼飛行器的建模與控制也成了控制領域的熱點和難點。四旋翼飛行器有各種的運行狀態,比如:爬升、下降、懸停、滾轉運動、俯仰運動、偏航運動等。本文采用牛頓-歐拉模型來描述四旋翼飛行器的飛行姿態。本文限于作者能力未對四旋翼飛行器的機架結構和動力學特性做詳盡的分析和研究,而是一定程度上簡化了四旋翼飛行器的數學模型，在一定姿態角度內近似將其看作線性系統，以方便使用 PID 控制算法對飛行器在空中的三個歐拉角進行控制。本文提出了四旋翼飛行器的系統設計方案,設計了四旋翼飛行器的機械結構,對其進行了模塊化設計,按照功能分別設計了姿態檢測單元、姿態控制單元和執行單元三個模塊。參考國際上四旋翼開源項目,基于 AVR8 位單片機 Atmega328p、MPU6050IMU 模塊進行了硬件選型、電路設計與制作、軟件代碼的編寫及調試。最終實現較好的控制結果。
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