| 摘要 | 第10-11页 |
| 英文摘要 | 第11-12页 |
| 1 前言 | 第13-18页 |
| 1.1 研究背景 | 第13-14页 |
| 1.2 四旋翼设计与四旋翼控制国内外研究现状 | 第14-16页 |
| 1.2.1 四旋翼产品设计的国内外发展现状 | 第14页 |
| 1.2.2 四旋翼姿态解算与控制的国内外研究现状 | 第14-15页 |
| 1.2.3 四旋翼研究趋势分析 | 第15-16页 |
| 1.3 本课题主要研究内容 | 第16-18页 |
| 1.3.1 四旋翼系统设计 | 第16-17页 |
| 1.3.2 四旋翼数学模型、姿态解算与控制 | 第17页 |
| 1.3.3 四旋翼软件设计 | 第17-18页 |
| 2 四旋翼飞行原理与实验平台设计 | 第18-35页 |
| 2.1 四旋翼飞行原理 | 第18-19页 |
| 2.2 四旋翼系统硬件框图 | 第19-21页 |
| 2.3 飞行控制系统 | 第21-28页 |
| 2.3.1 飞控的结构框图 | 第21页 |
| 2.3.2 飞控电路设计 | 第21-28页 |
| 2.4 系统硬件选择 | 第28-32页 |
| 2.4.1 GPS、超声波 | 第28-29页 |
| 2.4.2 无线串口和无线数传 | 第29-30页 |
| 2.4.3 电机、电调、螺旋桨 | 第30-31页 |
| 2.4.4 遥控器和接收机 | 第31-32页 |
| 2.5 地面站 | 第32-35页 |
| 3 四旋翼数学模型 | 第35-43页 |
| 3.1 运动学与动力学标准模型 | 第35-38页 |
| 3.1.1 运动学模型 | 第35-37页 |
| 3.1.2 动力学模型 | 第37-38页 |
| 3.2 四旋翼简化模型 | 第38-43页 |
| 3.2.1 电机与桨叶简化模型 | 第38-40页 |
| 3.2.2 高度简化模型 | 第40-41页 |
| 3.2.3 角度简化模型 | 第41-43页 |
| 4 四旋翼飞行器姿态解算与控制 | 第43-66页 |
| 4.1 传感器的介绍 | 第43-45页 |
| 4.1.1 陀螺仪与加速度计（MPU6050） | 第43-44页 |
| 4.1.2 磁力计(HMC5883) | 第44-45页 |
| 4.2 传感器校正 | 第45-47页 |
| 4.2.1 MPU6050的校正 | 第45-46页 |
| 4.2.2 HMC5883的校正 | 第46-47页 |
| 4.3 角度的四元数表示与欧拉角表示 | 第47-48页 |
| 4.3.1 欧拉角表示飞行器姿态 | 第47页 |
| 4.3.2 四元数表示飞行器姿态 | 第47-48页 |
| 4.3.3 四元数与欧拉角之间的转换 | 第48页 |
| 4.4 飞行器姿态解算 | 第48-58页 |
| 4.4.1 坐标系定义 | 第48-49页 |
| 4.4.2 矢量旋转与插值 | 第49-50页 |
| 4.4.3 梯度下降法 | 第50-53页 |
| 4.4.4 姿态解算中系数的确定方法 | 第53-54页 |
| 4.4.5 卡尔曼滤波对z轴的处理 | 第54-56页 |
| 4.4.6 校正与解算结果分析 | 第56-58页 |
| 4.5 角度控制的准备工作 | 第58-60页 |
| 4.5.1 四元数控制与欧拉角控制 | 第58-59页 |
| 4.5.2 遥控器数据整理 | 第59-60页 |
| 4.6 基于卡尔曼滤波器的PID控制策略 | 第60-62页 |
| 4.7 PID参数的整定 | 第62-66页 |
| 4.7.1 PID整定介绍 | 第62-63页 |
| 4.7.2 基于Ziegler-Nichols的频域响应PID整定 | 第63-66页 |
| 5 四旋翼飞行控制系统软件设计 | 第66-75页 |
| 5.1 系统程序结构图 | 第66-68页 |
| 5.1.1 硬件驱动程序 | 第67页 |
| 5.1.2 中断事件程序 | 第67页 |
| 5.1.3 姿态解算与控制程序 | 第67-68页 |
| 5.1.4 数据传输与存储程序 | 第68页 |
| 5.2 主程序与时基定时器流程图 | 第68-70页 |
| 5.2.1 主程序流程 | 第68-69页 |
| 5.2.2 时基定时器中断流程 | 第69-70页 |
| 5.3 传感器校正流程 | 第70-72页 |
| 5.3.1 加速度计、角速度计校正软件流程 | 第70-72页 |
| 5.3.2 磁力计校正软件流程 | 第72页 |
| 5.4 四旋翼姿态解算流程 | 第72-73页 |
| 5.5 四旋翼姿态控制流程 | 第73-75页 |
| 6 结论 | 第75-76页 |
| 致谢 | 第76-77页 |
| 参考文献 | 第77-80页 |
| 附录A | 第80-81页 |
| 附录B | 第81-82页 |
| 附录C | 第82-83页 |
| 附录D | 第83-84页 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 | 第84页 |