(1) 本文针对四旋翼飞行器的机械结构、硬件、软件底层设计及自行设计的嵌入 式遥控的硬件设计、软件底层设计、GUI 设计及其软件实现流程进行了解析。
(2) 本文对捷联惯导技术进行了简介，并对四旋翼飞行器进行了基于牛顿-欧拉公 式的动力学建模，对其模型进行了降阶，最终简化为二阶系统，使其在工程上得以使用 PID 控制器及其改进型控制器进行控制。并对方向余弦法与四元数法进行了对比，其中， 四元数法计算量小，无奇点，因此，本文最终选择了四元数法进行姿态解算。同时，对 几种姿态误差补偿算法：卡尔曼滤波、互补滤波、梯度下降法进行分析对比，最终选择 了卡尔曼滤波与四元数法结合进行姿态估计。在控制算法方面，尝试了单级位置式 PID 与串级 PID，相比而言，串级 PID 响应快，超调量小，因此，本文最终选择了串级 PID 对四旋翼飞行器进行姿态与高度控制。同时，从微元法出发，尝试了全新的基于惯导与 高度传感器的自主悬停算法。
2010. [4] 刘火良. STM32 库开发实战指南[M]. 北京: 机械工业出版社,2013. [5] MPU6050
DataSheet. [6] HMC5883L 中文规格书. [7] MS5611-01BA01 DataSheet. [8] OpenGL 程序设计[M].
北京:清华大学出版社, 2000. [9] 计算机操作系统原理与技术[M]. 西安: 西安交通大学出版社,
四．毕业设计（论文）内容：
1 设计（论文）说明书（根据大纲要求） 2 设计（论文）图纸 总系统设计框图：嵌入式四旋翼飞行器设计框图：Uc/OSII 嵌入式下位机设计 框图：上位机测控软件设计框图。
五．毕业设计（论文）工作期限：
任务书发给日期
2013 年 12 月 9 日
设计（论文）工作自 2013 年 12 月 9 日 至 2013 年 6 月 15 日
设计（论文）指导教师 冯 远 静
系主任 主管院长
彭宏 周晓
基于 STM32 的嵌入式四旋翼飞行器控制系统设计
摘要
四旋翼飞行器是无人飞行器中一个热门的研究分支，随着惯性导航技术的发展与惯 导传感器精度的提高，四旋翼飞行器在近些年得到了快速的发展。
本文对四旋翼飞行器的控制系统进行设计，并对其姿态估计算法、控制算法以及几 种自主悬停算法进行研究并在四旋翼飞行器上实验对比并实现。论文的主要工作和结论 如下：
Key words: Quadrotor UAV, Attitude Calculation, Cascade PID Controller, C#, DirectX 3D
II
目录
摘要……………………………………………………………………………………………I ABSTRACT............................................................................................................................. II 第 1 章 绪论 .............................................................................................................................1
专 业 通信工程
班 级 1001 班
学生姓名
章志诚
一．设计（论文）题目：
基于 STM32的嵌入式四旋翼飞行器控制系统设计
二．原始资料：
[1] 秦永元. 惯性导航[M]. 北京: 科学出版社, 2006. [2] 鲍齐克, 凌云旦. 数字滤波和卡尔曼滤
波[M]. 北京: 科学出版社, 1984. [3] 王小科. C# 开发实战宝典[M]. 北京: 清华大学出版社,
第 2 章 四旋翼飞行器原理与硬件及软件设计 ....................................................................6
2.1 四旋翼飞行器原理分析.................................................................................................................6 2.1.1 捷联式惯性导航技术 ........................................................................................................ 6 2.1.2 四旋翼飞行器动力学分析 ................................................................................................ 7 2.1.3 四旋翼飞行器动力学建模 ................................................................................................ 9
[J]. 哈尔滨理工大学学报, 2012, 17(3): 110-114. [13] 韩志凤, 李荣冰, 刘建业, 等. 小型四旋翼
飞行器动力学模型优化[J]. 控制工程, 2013, 1. 三．设计（论文）要求：
1．基于 STM32 的嵌入式四旋翼飞行器控制系统设计。2.系统实现。3.嵌入式下位机实现。 4.上位 机测控软件及虚拟现实的实现。
(3) 为了满足调试的需求，本文采用 C#编写四旋翼虚拟控制台上位机，该上位机 能够实现实时通信，在线控制四旋翼飞行器，在线对四旋翼飞行器进行参数整定并使用 DirectX 3D 技术对四旋翼飞行器进行了三维模型重构和渲染。结合上位机采集到的实验 数据对前文的算法进行了分析对比，并最终得出结论。
关键词： 四旋翼飞行器，姿态估计，串级 PID 控制，C#，DirectX 3D
I
DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR A QUADROTOR UAV BASED ON STM32
ABSTRACT
Quadrotor-UAV is a very hot direction of UAV Study .With the Development of the IMU; Quadrotor-UAV has got rapid development in these years.
(3) To meet the need of debug, I use c# to make a Quadrotor-UAV virtual controller upper computer software, it can realize real-time communication, controlling the Quadrotor -UAV, and it use the D3D technique to render the Quadrotor-UAV. With the experiment information, I compared different kinds of algorithms that I mentioned before and finally got a conclusion.
+
本科毕பைடு நூலகம்设计论文
题目：基于 STM32 的嵌入式四旋翼飞行器
控制系统设计
作者姓名 指导教师 专业班级 学院
章志诚 冯 远 静 教授 通信工程 1001 班 信息工程学院
提交日期 2014 年 6 月 6 日
浙江工业大学本科毕业设计论文
基于 STM32 的嵌入式四旋翼飞行器控制系统设计
作者姓名：章志诚 指导教师：冯 远 静 教授
1.1 课题研究的背景与意义.................................................................................................................1 1.2 国内外四旋翼飞行器研究现状.....................................................................................................3 1.3 论文的主要工作.............................................................................................................................5
1995. [10] 丁亚非. Measurement Studio 用户控件技术在 Visual C++ 中的应用[J]. 微计算机应
用, 2003, 24(3): 170-173. [11] 刘峰, 吕强, 王国胜, 等. 四轴飞行器姿态控制系统设计[J]. 计算
机测量与控制, 2011, 19(3): 583-585. [12] 张广玉, 张洪涛, 李隆球, 等. 四旋翼微型飞行器设计
浙江工业大学信息工程学院 2014 年 6 月
Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technology for the Degree of Bachelor
Design of Control System for A Quadrotor UAV Based on STM32
This paper designed control system for the Quadrotor-UAV, studying plenty of Attitude algorithms, control Attitude algorithms and self-hovering algorithms and realized it in the Quadrotor-UAV. The main purpose and results of this paper as are that: