四旋翼飞行器自动驾驶仪设计-开题报告

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1、中北大学毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院、系：信息与通信工程学院、电气工程系专业：电气工程及其自动化设计题目：四旋翼飞行器自动驾驶仪设计指导教师:2013年3月日毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1本课题的选题背景意义四旋翼飞行器设计任务的到来，为研究和设计超小型飞行器创造了条件。当前，四旋翼飞行器的研究还处在初级发展阶段。随着微米纳米科技的迅猛发展和微电子机械系统(MEMS)的蓬勃兴起，可以看到，四旋翼飞行器可能会走向实用化，急需解决的关键技术和难点还很多，有些问题甚至在较长一段时间内都可能难以

2、解决，只有用现有的技术尽最大可能地解决现有的问题，我们才能不断地走在科技发展的前列。四旋翼飞行器的研制是一项包含了多种交叉学科的高、精、尖技术，其研究水平在一定程度上可以反映一个国家在微电子机械系统技术领域内的实力。它的研制不仅是对其自身问题的解决，更重要的是，还能对其它许多相关技术领域的发展起到积极的推动作用。四旋翼飞行器的研究领域十分广阔，并且随着研究的不断深入，其研究范畴还在继续扩大。本课题不可能将所有问题都包含其中，而只能就其中的部分技术问题开展一些探索性研究工作[1][2]。自动驾驶仪原意是用自动器取代驾驶员，但是，一直到现在，作为自动飞行控制系统基本组

3、成部分的自动驾驶仪实际上并无法完全取代驾驶员的职能，只有最完善的自动飞行控制系统才能真正取代驾驶员，实现全自动飞行[3]。自动驾驶仪的基本功能可以列举如下：（1）自动保持三轴稳定，具体地说，即自动保持偏航角和俯仰角与某一希望角度，滚转角保持为零进行直线飞行。（2）驾驶员可以通过旋钮或者其他控制器给定任意航向或俯仰角，使飞机自动改变航向并稳定于该航向，或使飞机上仰并保持给定俯仰角。（3）自动保持飞机进行高度飞行。（4）驾驶员通过控制器操纵飞机自动爬高或俯冲，达到某一预定高度，然后保持这个高度[4]。2本课题的发展历程和现状（一）国外的研究成果UVA，即没有出现在机飞

4、行员的飞行器。它包括：旋翼式飞机、直升机、软式小型飞船以及其他飞行器。相对于有人驾驶的系统而言，UAV具有很多优势（例如机动性，即瞬时改变姿态的能力），近些年来在控制和商业领域已经产生了相当客观的利润[5]。UVA的有事包括搜寻和营救、监视、远程检查、以及使飞行员免于危险条件下飞行的军事应用等。主要应用有：难以接近或很难到达的工作环境（例如星际飞行）；危险的工作环境（例如战争中）；飞行单调的工作环境；飞行时间长的工作环境（大气观测，数据传输等等）；及时是熟练的飞行员也不能胜任的飞行条件（例如，电影特技，飞行器的试验飞行等等）[6][7]。人类的进步与创造性的幻想是

5、分不开的。十八世纪后期，气球出乎意料地把人轻而易举地送到空中，开创了人类飞行实验的新纪元，并为后来飞机的上天开辟了道路。1903年，美国莱特兄弟成功研制出世界上第一架能载人飞行的动力飞机，从而真正揭开了人类近代航空发展史的序幕[8]。人类对四旋翼飞行器的梦想和渴望由来己久，但受到理论认识和科技发展速度制约，四旋翼飞行器在很长一段时间里并未得到足够的重视和发展。四旋翼飞行器的设计最早可以追溯到1907年，在Richet教授的指导下，Breguet兄弟Louis和Jacque制造了第一架旋翼式飞行器，Breguet-Richet四旋翼飞行器的框架是由四个长长的焊接钢管

6、支架组成，并按水平十字交叉形式分布，处于对角线位置的旋翼，其中一对按顺时针方向旋转，而另一对按逆时针方向旋转[9]。据说该四旋翼飞行器已经飞了起来，并且携带飞行员飞到了1.5m的高度，但飞行时间很短。然而这次飞行中没有用到任何的控制，可想而知，四旋翼飞行器的这次飞行的稳定性是很差的[10]。过莱特兄弟研制的第一架动力飞机试飞陈功。此后，飞行器在科学和民用领域得到了人们广泛的认可，并最终成为了运输、娱乐和战争的可行性选择[11]。自从那时起，技术上已经有了很大的进步，并且开发的飞行器种类也越来越多。除了飞机，20世纪初期也已经制造出了直升机[12]。旋翼式直升机中有

7、一种叫做Ouadrotor的垂直起降机，也就是本人提到的四旋翼直升机。Ouadrotor这一概念很久以前就已经提出了[13]。20世纪初，法国科学家和学者CharlesRichet制造了一个非常小的、没有驾驶员的旋翼式直升机。尽管该旋翼式直升机的飞行试验没有成功，但是这个实验使得Richet的一个学生LouisBreguet获得了灵感，并且不久之后成为了著名的航空学先驱。1906年的下半年，在Richet教授的指导下，Breguet兄弟来自于著名的Breguet钟表制造世家，并且具有丰富的工作原理知识和足够进行一系列设计工作的资金[14]。1907年，Bregue

8、t兄弟制造