大学生电子设计竞赛

设计报告

摘要：本设计实现基于STM32开发板的十字形四旋翼飞行器，四旋翼由主控制板、陀螺仪、电机模块、超声波测距、电源和投弹打靶模块等六部分组成。其中，控制核心STM32负责飞行器姿态数据接收和飞行姿态控制；陀螺仪采用 MPU6050模块，该模块经过卡尔曼滤波处理采集的数据，输出数据，用PID控制算法对数据进行处理，同时，解算出相应电机需要的的PWM增减量，及时调整电机转速，调整飞行姿态，使飞行器的飞行的更加稳定。电机模块通过电调控制无刷直流电机，超声波传感器进行测距，起飞后悬停在一定高度，打靶后降落。

Ø关键词：四旋翼；PID控制；陀螺仪，姿态角，电机控制

1系统方案

系统主要由stm32控制模块、姿态采集模块、电源模块、电机驱动模块、超声波测距模块和投弹打靶模块等六部分组成，采用十字型飞行模式，下面分别论证这几个模块的选择。

1.1控制系统选择方案

方案一：

主控板使用pcduino。其内存大而且板子体积较小，重量较轻，对四旋翼的载重量要求较低。但是它对电源的要求较高，而且I/O口较少，我们刚开始学习使用，不是很熟悉，对于四旋翼的需要不够。

方案二：

主控板使用stm32。Stm32板子的I/O口很多，自带定时器和多路PWM，可以实现的功能较多，符合实验要求。Stm32迷你板在体积和重量上也不是很大，对飞机的载重量要求不是很高。

综上所述，我们选择了方案二。

1.2飞行姿态控制方案论证

方案一：

十字飞行方式。四轴的四个电机以十字的方式排列，x轴和y轴成直角，调整俯仰角和翻滚角的时候分开调整，角度融合简单，适合初学者，能明确头尾，飞行时机体动作精准，飞控起来也容易。

方案二：

X行飞行方式。四轴的四个电机以X字的方式排列，灵活性和可调性较高，调整的时候应该相邻两个融合调节，融合复杂。X型飞行方式非常自由灵活，旋转方式多样，可以花样飞行，也可以做出很多高难度动作，但是控制上相对比较困难。

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飞行器设计分析与仿真

课程设计报告

学    院：机械电子工程学院、空天院

学生姓名：   许子卿        李军辉

    学生学号 ：201322080433  201322190311

20##年4月23日

飞行器设计分析与仿真实现课程总结

姓名：许子卿 学号：201322080433 学院：机械电子工程学院

一般意义上，飞行器包括人造卫星、宇宙飞船、空间站、深空探测器运载火箭、航天飞机等空间飞行器及导弹。本课程仅就飞机作为研究对象来展开。

飞机按功能分类可以分为军用飞机和民用飞机。军用飞机具有完成空中拦截、侦察、轰炸、攻击、预警、反潜、电子干扰、军事运输、空降等任务。显然其种类按功能分类可分为歼击机、侦察机 、轰炸机、攻击机、预警机、反潜机、电子干扰机、运输机等。民用飞机客分为、通用航空飞机。航线飞机/民用运输机指的是用于商业飞行的客机和货机；通用航空飞机是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动。

飞机还可以按照构造型式分类：按机翼型式中又可以按照机翼数量和位置、机翼平面形状分类；按尾翼型式和位置可分为平尾、V型尾翼、垂尾；按动力装置分类可分为螺旋桨式和喷气式；按机身型式分类可分为单机身飞机和双尾撑飞机； 按发动机位置可分为翼内、翼上、翼下、翼下吊舱、机身尾吊、机身内。

通过一学期的课程学习，我对飞机研制的整个流程有了初步了解和认识。在飞机的研制中有以下几个步骤：

1、首先，第一步要确定飞机的任务和用途。民用飞机通常由航空公司提出其需求；军用飞机会遵循军方给出的一个需求方案说明书（RFP）来完成设计任务，以上这些是飞机设计的基本依据，决定了飞机的主要性能指标、主要使用条件和机载设备等。

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                     飞行模拟器实习报告

   本学期上海工程技术大学飞行学院举行了飞行模拟武器实习。作为飞行学院的一名大三学生，我参加了这次模拟机实习。本次实习分为三个阶段：1、陆总的《YGI概念型模拟器飞行操作教程》的讲座；2、上机训练；3、教员和老师的讲评。

   此次实习的目的：本实习是飞行技术专业本科生的一项专业实习，其目的是通过对YGI概念型模拟器飞行操作教程的学习，加深对所学专业的理解，明确实习目的。要求学生通过上机训练，将课本所学的理论知识与实际操作相结合，掌握飞行的一般程序和基本操作方法，初步学会机组资源管理，考察学生的飞行综合能力，为后续去国外航校的飞行训练奠定基础。

   一开始在没有学习专业课的时候，大一下学期我们也参加了一次飞行模拟器的飞行训练，但是由于什么都不知道，根本不知道也记不清楚当时我们学会了些什么，我们飞了些什么。这次实习前陆总给我上了一场讲座——《YGI概念型模拟器飞行操作教程》，介绍了上海工程技术大学飞行学院YGI概念型模拟器驾驶舱布局与设备和现代民用大型运输飞机的基本飞行操纵方法。其内容包括了设备及仪表、飞机的性能，正常飞行程序、非正常飞行程序和飞行检查单。在设备与仪表中，飞行姿态显示器是最重要的。它的功能是：显示了飞机的俯仰与坡度—飞行姿态；飞行速度；飞行高度；升降速率；显示航向还有ADF指针等等。飞机性能主要看以下几个数据：起飞速度，着陆速度，起飞滑跑距离，着陆滑跑距离，巡航速度，最大巡航速度等等。让我记忆最深刻的是起飞速度，其中V1(决断速度其大小等于135海里/小时)、VR(抬轮速度138海里/小时)、V2(其大小为143海里/小时)很重要，起飞的时机要把握好。正常飞行程序分为：驾驶舱检查程序、发动机启动程序、滑行前程序、滑行程序、起飞前程序、起飞程序等等。在起飞前，这些程序都要一步一步做的，副驾驶配合机长完成，且必须做的眼到手到。这是为了检查飞机的状态是否能够安全起飞。非正常飞行程序虽然很少见，但是也有发生的，下面我来介绍一下非正常飞行程序。出现非正常情况有这些因素：中断起飞、一台发动机失效（V1后继续起飞）、单发目视进近、单发复飞、发动机发生火警、两台发动机失效、陆地迫降、起落架发生故障、襟翼发生故障。这些问题一旦出现就一定要执行非正常检查单，飞行员一定要冷静处理，相信自己的技术，因为我们的目标就是建立一个安全舒适的飞行环境。通过陆总的讲座以及我学习的专业课知识，以上便是我的一些学习心得。

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微型无人机飞行与研究读书报告

【摘要】：无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。现现如今大多数的无人机是用于军方；无人机用途广泛，成本低，效费比好；无人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。华东理工大学在微型无人机方面有着较为成熟的研究，本读书报告着眼于短学期创新实践对于无人机飞行研究的理解和收获。

【关键字】： 微型无人机 发展 技术

ABSTRACT:

The UAV is a radio remote control apparatus or its program control device controlled unmanned aircraft. Blind now most of the UAV is used for the military.The UVA is widely used as well as low cost, cost-effective good. It is no casualties risk,strong survival ability, good maneuvering performance, convenient use and has the extremely important role in modern war, in the civilian fields more broad prospects. East China University of Science and Technology has a more mature research on mini UAV, this book reports focus on short term innovation practice for the research of the mini UVA.

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四旋翼飞行器的基本原理分析   

四旋翼飞行器是一种由固连在刚性十字交叉结构上的 4 个电机驱动的一种飞器。 飞行器动作依靠4个电机的转速差进行控制，其机械结构相对简单，可电机直接驱动，无需复杂的传动装置，便于微型化。

参考量

四旋翼的基本飞行要参考三个3个测量量：

pitch（俯仰），roll（横滚），yaw（偏航）

机翼特点

 四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同。

物理原理

典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾浆。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直升机的姿态和位置。四旋翼飞行器与此不同，是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。

运动过程分析

首先，四个电机，如何控制侧倾？ 如果单单考虑控制一个电机来侧倾，这不严谨，因为当动作其中一个电机时转速的变化改变了反扭矩的大小而对角的另一个电机产生的扭矩没有改变，此时四旋翼不仅侧倾还会在yaw上面产生额外的运动，所以控制电机应该成对去控制。

   定义电机排布方式如下：

                                                   M3

                                                    |

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Xxx关于开设飞行技术普通中专专业的调研报告 航空业是一个迅速崛起蓬勃发展的朝阳产业, 省政府日前制定了《关于促进航空航天工业加快发展的指导意见》，要求以青岛海利直升机制造有限公司为主体，以青岛开发区为依托，建设通用轻型直升机出口工业园，以促进我省航空航天工业快速发展，开发区“相中”了这一“朝阳产业”，并把直升机制造业作为全区经济拉动的“引擎”。航空飞行员的培养承担着航空业发展的重任.青岛开发区职业中专是全区唯一一所公办职业中专，也是一所具有自身办学特色的“国家级重点职业学校”，学校教学设施齐全，办学条件优越，具有承担培养

飞行员的能力和基础条件，能够完成培养高质量飞行员的重任。

一、学校基本情况

青岛开发区职业中专成立于19xx年，现开设机电、汽修、多媒体应用、物流等15个专业，其中机电、数控、计算机网络、会计等4个专业被评为“青岛市骨干专业”，现有86个教学班、4500多名学生。学校师资力量雄厚，现有教职工252人，其中70%以上具有中、高级专业技术职称，具有“双师型”资格的教师117人。学校教学设施齐全，办学条件优越，拥有现代化的办公教学楼、实训楼、公寓化宿舍楼、体育馆、学生餐厅共7栋，建有数控、汽修、车工、钳工、电力拖动、PLC、焊接、网络搭建、财会、物流、计算机、舞蹈、钢琴等专业实验实训室和实训车间41个，全部教室实现了多媒体电化教学，为培养学生成材奠定了坚实的基础。

学校实施“精细化管理，内涵式发展”，得到上级的肯定和社会的认可，先后荣获青岛市“文明单位”、“职业教育先进单位”、“依法治教示范学校”、“平安和谐校园”、“食品卫生A级单位”、“电化教育示范学校”、“教育品牌名校”、“中等职业学校办学水平评

估优秀等级”、“办学模式示范校”、山东省“教育普法先进单位”、“依法治校示范校”、“职工代表大会优秀星”、“中央教科所课题研究先进单位”、“全国中职院校就业质量100强”、“第二届全国中小学十大创新学校”、“全国师德建设示范单位”、“中国诚信教育培训机构”等荣誉称号81个。青岛开发区职业中专正成为一所校园环境优美，教学设施一流，教学质量突出，学生素质优良，办学特色鲜明的名牌职业学校。学校在飞行学员培养过程中,将对学员实行准军事化管理,将全面提高学生素质,满足民航这一高风险、高投入、高科技的"三高"行业对人才的特殊需求. 是教育教学发展的大趋势,更是培养适应经济全球化高素质人才的需要。

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《数学建模》课程设计

  报   告

课题名称：飞行管理问题   

系（院）：      理学院       

专    业：   数学与应用数学  

班    级：       

学生姓名：      

学    号：           

指导教师：       

 开课时间：  20##-20##  学年  二  学期

飞行管理问题的优化模型

摘要

为了避免较多飞机在区域内会发生碰撞，让飞机在某正方形区域内安全飞行，便于进行飞行管理，所以在飞机飞行过程中，要适当调整各架飞机的方向角（调整幅度尽量小），所以这是个优化问题。

本文我们根据题目所给的数据，利用matlab软件绘制出飞机的位置图标及飞行路径，并利用lingo软件找出了碰撞发生的飞机、碰撞发生的点和时间。同时再寻找判断两架飞机是否会相撞的方法，我们发现可以在飞机飞出区域之前每隔一段较短的时间对飞机进行监控，看是否与别的飞机相撞。

然后，我们根据问题讨论了飞行方向角的调整时间和次数对最优解的影响，发现调整时间越早，调整角度就越小，所以我们决定在第六架飞机刚飞到区域边缘的时候就进行飞行角度的调整，并且达到了优化目标：。

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