一、课题的研究意义

四轴飞行器是一种利用四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行的飞行器。进入20世纪以来，电子技术飞速发展四轴飞行器开始走向小型化，并融入了人工智能，使其发展趋于无人机，智能机器人。

四轴飞行器不但实现了直升机的垂直升降的飞行性能，同时也在一定程度上降低了飞行器机械结构的设计难度。四轴飞行器的平衡控制系统由各类惯性传感器组成。在制作过程中，对整体机身的中心、对称性以及电机性能要求较低，这也正是制作四轴飞行器的优势所在，而且相较于固定翼飞机，四轴也有着可垂直起降，机动性好，易维护等优点。

在实际应用方面，四轴飞行器可以在复杂、危险的环境下可以完成特定的飞行任务，也可以用于监控交通，环境等。比如，在四轴飞行器上安装甲烷等有害气体的检测装置，则可以在高空定点地检测有害气体；进入辐射区检查核设施；做军事侦察；甚至搬运材料，搭建房屋等；在四轴飞行器上搭载云台可以实现航拍任务，当然经过改装也可以执行其他任务。

二、课题研究的主要内容：

1.四轴飞行器原理与硬件及软件设计

1.1四轴飞行器原理分析

  1.1.1  捷联式惯性导航技术

1.2机械结构设计及材料选择

1.3飞控板硬件电路与底层驱动

  1.3.1  MCU及传感器选择

  1.3.2  通信模块

  1.3.3  飞控底层驱动

1.4遥控硬件软及件设计

  1.4.1方案一(自制遥控器)

   1.4.1.1  摇杆电位器

   1.4.1.2  显示液晶

   1.4.1.3  遥控软件设计

  1.4.2 方案二（2.4G遥控器）

   1.4.2.1  遥控器通道的选择

   1.4.2.2  遥控距离的选择

2.四轴飞行器控制系统设计

2.1姿态估计算法

2.2姿态误差补偿算法

2.3姿态估计算法的软件实现

2.4姿态控制算法

2.5定高控制算法

2.6控制算法软件实现

通过学习相关理论知识，查阅搜索相关文献，资料整理与计算仿真。并根据上述要求设计出四轴飞行器的飞行控制器。

三、课题的研究方法：

四轴飞行器飞行控制器的设计与实现的研究方法

四轴飞行器飞行控制器的研究主要内容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程，参考最新的设计方法、研究成果和记以往的设计方案，结合自己查找的资料、方案，定出相关的设计计划。

对四轴飞行器的控制系统进行设计，并对其姿态估计算法、控制算法进行研究并在四轴飞行器上实验对比并实现。并针对四轴飞行器的机械结构、硬件、软件底层设计最终实现通过遥控控制四轴飞行器的目标。

四、课题计划进度

11月01日-11月30 日：学习STM32原理，学习各个传感器工作原理及适用工作环境；

12月01日-12月 30日: 实际调查，确定所需传感器芯片型号以及外围电路和其他参数；

01月01日-01月15 日: 研究四轴飞行器原理与硬件及软件设计，并进行可行性实验；

01月15日-02月 01日: 研究四轴飞行器控制系统设计，并进行可行性实验；

02月01日-03月30日：在可行性研究下，制作四轴飞行器，已验证以上结论；

04月01日-04月30日 : 撰写论文，完成并提交论文初稿；

05月01日-05月20日 : 修改论文，完成并提交论文终稿；

五、指导教师评语和意见：

对于“四轴飞行器飞行控制器的设计与实现”，对该课题做了一定的资料查阅和调研工作，基本了解所做课题的主要研究内容，思路清晰，研究方法明确，课题具有一定的研究深度，同意开题。

建议进行课题研究过程中，多方面查阅资料，在了解现有的四轴飞行器飞行控制器设计的基础上，进行自主设计。

毕业论文（设计）研究的主要内容及成果要求：

在研究基于四轴飞行器飞行控制器的原理并制作出四轴飞行器的同时，完成毕业论文的撰写，结合理论知识和实际情况完成本次设计。

研究内容主要包括: 确定设计参数及功能、四轴飞行器的总体设计、四轴飞行器的硬件设计、四轴飞行器的软件件设计、四轴飞行器控制系统设计、制作四轴飞行器。