飞行鞋四年级作文

飞行鞋四年级作文（通用14篇）

篇1：飞行鞋四年级作文

飞行鞋四年级作文

现在，世界发达了，人们也不再穿普通的鞋子了，都穿“飞行鞋”。

飞行鞋可以让你飞上天空，在天空中和白云、小鸟嬉戏，和月亮姐姐、星星妹妹打招呼。这从名字上就可以知道，但它还有许多特别的本领呢，得听我细细讲来。飞行鞋还安装了求救和救人功能。如果你遇到了危险，就按脚上的绿色按钮，实行自救;假如有人遇到危险了，你就按脚上的白色按钮，飞行鞋就会自动去就需要救助的那人。

它还安装了环保功能。平时你走到那里，它一见到垃圾，就会自动提示你“有垃圾!有垃圾!”如果你没听见，它就会把垃圾扔到垃圾桶里。如果你随意扔垃圾，它就会提醒你，不能乱丢垃圾。它还具有装备功能。你去旅游时，肯定会带上许多东西，但是又害怕旅游包装不完，或者是太重了。那么你有它，就不用担心这么多了。只要把东西放到离飞行鞋最近的.地方，按一下回收按钮，东西就会自动变小，它会给你一个小型皮包，里面专装缩小后的东西;如果你想让它变回原样，那么你就打开皮包，拿出你想要的东西，再朝飞行鞋前面一晃，东西就能还原了。

看，我这飞行鞋本领大吧!如果你想拥有它，那么就赶紧努力学习吧!我相信：在不久的未来，这个愿望一定会成为现实的。

篇2：飞行鞋四年级作文

今天，吃过了晚饭，我站在阳台，仰望星空，顿时感到十分开朗、欣慰。看着看着，我脑子里隐隐约约地有了一点灵感。

我想，科学家们那么艰辛、夜以继日的工作，研究怎样创造宇宙飞船，有一些科学家甚至为了造出宇宙飞船而献出了宝贵的生命，就连飞船起飞都没看见就壮烈牺牲了。那些科学家为祖国献出了那么多，却还牺牲了，真是可惜。

而我在想，如果能发明一个光能飞行器该多好!，光能飞行器体型小，就和衣服差不多，只是多了一层钻石化铁皮和一个太阳能储存器以及一个超微型特殊摄像头。

篇3：四旋翼自主飞行算法

对于四旋翼的研究可以追溯到20世纪初。当时所制造的四旋翼体积都相当庞大。受制于当时的工业水平, 所制造出来的四旋翼效能低下, 平衡性差。如1907年法国Breguet兄弟在Charles Richet教授的指导下所制造出来的高达3.7m, 重达约500kg的Gyroplane No.10。虽然性能较差, 但是作为四旋翼的起步雏形, 意义十分重要。

21世纪开始随着电子集成技术以及各类自动控制理论的发展, 小型四旋翼的制作成为可能, 如瑞士洛桑联邦学院在2003年所研发的OS4小型四旋翼, 就是使用了PID算法0, 最优控制理论实现了自主飞行。

PID控制器在四旋翼上的应用

四旋翼使用常规的PID控制器, 通过选择合适的参数即可达到较好的自稳状态。目前, 民用级的四旋翼多使用PID控制, 或串级PID控制来实现自平衡。

飞控软件设计

当前市场上有众多成熟的成品四旋翼以及成品飞控, 也有许多较为成熟的开源飞控软件。实验所使用四旋翼飞控程序使用KeilμVision5编写。使用ANO-TC上位机进行调试。

实验四旋翼角度自稳控制使用的是串级PID, 外环控制角度使用PID控制器, 提高控制精度, 内环控制角速度使用PD控制器产生阻尼效果, 防止调节过快导致震荡, 优化飞行效果。两级PID均采用位置式PID。

依据调参顺序:

外环角速度PID:

其中Epitch (t) 为当前四旋翼实际角度与目标角度的差值, 即:

PID参数为:

同理横滚角的PID:

参数同俯仰角

偏航角的PD

参数相比于前面的角度有所变化

内环角速度PD:

G (t) 为当前测得的角速度, 即:

外环中选择参数:

横滚以及偏航类似与此, 不再一一列举。

计算完成之后将PID的总输出输出到电机PWM参数中, 通过改变PWM的占空比来调整电机的转速。

定高算法设计

定高算法参考了开源飞控crazepony、ANO-TC的开源飞控程序, 通过融合MPU6050的加速度计的来进行定高。

高度控制也使用了串级PID。但是由于高度受到飞行器质量, 所处环境的影响较大。因此相较于角度环, PID参数更难整定。另外超声波数据与加速度计融合后用于PID控制也是定高控制的难点之一。

实验所使用的ks103自带温度补偿, 因此可以较为准确的获得距离, 但是它的波束角较大 (约35°) , 且温度补偿后, 数据处理时间较长 (间隔约91ms) 。因此需要加速度计的参与来实现较高的控制频率, 达到较好的控制效果。

定高的内环将超声波的数据直接用于控制, 其公式为:

外环为Z轴上的速度环:

得到PID输出后, 与原有油门杆量加权求和后加到电机PWM占空比上。达到定高目的。

实验效果

实验四旋翼在角度自稳上有比较好的表现, 在人为干扰的情况下也能较快的回到目标姿态。但是控制精度一般, 因此会导致四旋翼相对位置在短时间变化非常大, 难以控制。而高度环上控制效果较好, 在无干扰时能在上下5cm内震荡, 但是当四轴飞行器在受到干扰时, 回到目标位置就比较缓慢。

神经网络算法

人工神经网络兴起于20世纪初, 但是随后随着对神经网络的进一步研究。人们开始认识到人工伸进网络的局限性。但是随着近些年电子技术的发展, 人工神经网络再次兴起, 出现了Hopfield网络, Boltzmann机等。

现今人工神经网络已经成为涉及认知, 数理, 信息, 计算机科学等多多学科交叉、综合的前沿学科。在智能控制, 信号处理, 机器视觉等方面也有许多的应用。

神经网络智能PID控制器

神经网络通过模拟人脑的工作来实现自我调整, 具有可逼近任何复杂非线性系统, 鲁棒性、容错性强。因此, 近年来在控制领域得到了极为广泛的应用。神经网络在解决高度复杂, 高度非线性, 高度不确定性系统方面有巨大的潜能在这种控制方式中。神经网络会先按照一定的算法进行学习, 一般分为有指导和无指导学习。然后接入控制系统, 并更具当前的各项输入给出一组最佳的PID控制器参数。同时还要继续学习, 不断调整各个神经元之间的连接权系数以得到最好的控制效果。由于权系数是由学习阶段所有的信息更具特定算法计算后得到的统计信息。因此, 加入了神经网络的智能PID算法有着更高的容错性, 更好的适应性, 更高的控制效率。

结语

本文设计完成了一套能够角度自稳, 实现定高的四旋翼模型。使用STM32芯片, 以及MPU6050等传感器。通过四元数, PID控制等算法完成了能够进行遥控飞行, 定高的要求的飞行器。但是在定高, 定位效果上比较一般。下一步将整合摄像头等传感器, 以及使用神经网络算法来优化飞行效果。并且实现自主悬停以及低空循迹等功能。

篇4：四旋翼自主飞行器

关键词 四旋翼飞行器 传感器 控制

中图分类号：TP2 文献标识码：A

0 引言

四旋翼飞行器作为低空低成本的遥感平台，在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器，四旋翼飞行器硬件结构简单紧凑，而软件复杂。本文介绍四旋翼飞行器的实现方案，包括硬件设计，软件算法。

1 系统硬件方案设计

硬件部分主要由主控模块，寻迹模块、高度检测模块，电磁铁模块、电源模块组成。下面分别介绍各个模块。

1.1 寻迹模块的选择

激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成，是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等，能非常准确地测出电动车与障碍物的距离，当垂直接受时，检测距离可达1.2米，因此符合本设计要求。

1.2 垂直距离检测模块的选择

此模块采用常见HC-SR04超声波测距模块，可提供 2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。

1.3 电磁铁模块的选择

用继电器改装电磁铁，根据电磁铁通断电流控制磁力大小的原理，继电器内部线圈的控制与电磁铁原理十分相似，因此可以利用继电器内部的通电线圈制作成电磁铁。

1.4 电源模块的选择

采用直流电池供电，相应产生电池容量小、续航时间短和系统稳定性差的缺点。但此设计本身对电源要求不高，而且飞行器飞行时间相随较短，采用11.0V蓄电池为控制系统的电调供电，经电调可输出5V电压，为单片机以及各个传感器供电。而且用此电池可支持飞行器续航10分钟以上，因此无需担心电池电量对系统稳定性的影响。

2 系统软件方案设计

2.1 陀螺仪的分析与计算

对于陀螺仪等静止时0输出的传感器，可以很方便的校正零偏。把传感器固定好，这时对输出值求平均值，得到的A即为零偏。实际使用时，把得到的值减去零偏，得到的就是校正值。A为零偏值，3*1矩阵，单位：LSB；Yi为校正好的值，3*1矩阵，单位：red/s；Xi为测量原始值，单位：LSB；gain为转换系数，单位（red/s）/LSB，有传感器的数据手册给出。

2.2 姿态的表示

飞行器的姿态，是指飞行器的指向，一般用三个姿态角表示，包括偏航角（yaw）、俯仰角（pitch）和滚转角（roll）。更深一层，姿态其实是一个旋转变换，表示机体坐标系与地理坐标系的旋转关系，这里定义姿态为机体坐标系向地理坐标系的转换。旋转变换有多种表示方式，包括变换矩阵、姿态角、转轴转角、四元数等。

因为姿态实质是一个旋转变换，根据刚体有限转动的欧拉定理，旋转变换是可以串联的，所以一个姿态可以经过一个旋转变换，变成另一个姿态。类比点和向量的概念，姿态相当于点，旋转相当于向量，点可以通过加向量，变成另一个点。如果用矩阵表示旋转，旋转的串联由矩阵乘法来实现。如果用四元数表示旋转，则由四元数的乘法来实现旋转串联。

用四元数来表示旋转，组合旋转时比用其他方法运算量更少，所以无论在计算机图形学、飞行器控制等涉及刚体旋转的领域，四元数都有举足轻重的地位。

3 结束语

系统主要完成对飞行器飞行过程中飞行的平衡、飞行时间与飞行速度的控制，通过陀螺仪与加速度计完成飞行器的平衡与速度调节控制，符合设计要求。系统控制简单，界面友好，已投入使用。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.

[2] 夏宇闻.Verilog数字系统设计教程.北京：北京航空航天大学出版社， 2003，7.

篇5：飞行六年级作文

我和小伙伴拿了一些草稿纸。你一定会问，拿这一些草稿纸来做什么呢?请别急，继续听我来讲下去。那是用来折各种各样的好玩的纸飞机。

我一下子折了五只纸飞机。我开始折的时候比较认真，先把用过的草稿纸对折，然后把纸的一头折成一个尖头，把它往上反折初中，这一个尖头就朝向另外一个方向了。接着，我再把两边的尖头朝里面折，把多余的小三角形盖住两个尖头。接着，我把纸反过来对折，再把两边的纸对折。就这样，一只纸飞机折好了。不一会儿，我就折了五只一模一样的纸飞机。我还在上面用红笔画了五角星，这代表飞机是我们中国制造的。

大家都折了几只纸飞机，然后，就拿着折好的纸飞机来到门前的水泥地上。我们站在同一条线上，然后把手中的纸飞机举过头顶，用力向前扔出。这些纸飞机一离开我们的手，马上向前飞了起来。有的飞机在空中转了几个圈，又回到了主人的手里，看来它们舍不得离开自己的小主人。有的飞机一直向前飞去，一会儿平行，一会儿向下俯冲，在远处降落到地面，有的不幸落到了水里……我的飞机很乖，才不像他们这一些飞机一样，它在空中盘旋、滑翔转圈，真是好像在进行一次空中飞行表演。

篇6：三年级作文下飞行棋

妈妈买了一块飞行棋地毯，图形和平时玩的棋盘一模一样，铺开摊在地上有好大一张，棋子一个个的有小笼包那么大，玩起来很带劲。

这天我和爸爸妈妈一起下棋。一开始我的骰子怎么也扔不到6，可是妈妈都下了一大圈了，我非常着急。后来我终于扔到几次6，可是没走几步就被他们打回原地，我差点要哭了。爸爸教我改变策略，专心致志的走一个棋子，可是妈妈还是一口气三四个棋子一起出动。这样子以后，我发现我经常运气很好可以把妈妈的棋子打落，而自己的能安全到达。最后我第一个把4个棋子都走到了终点，大获全胜，而妈妈是第二个，爸爸最后一个到达，输了。爸爸跟我说：你想想今天下棋得出什么结论?一开始赢的人最后不一定能赢，一开始落后的人，中间经过努力后，最后还是有机会赢的。

下飞行棋也有那么大的.学问，也有那么大的道理。

篇7：《我的飞行梦》九年级作文

我从小的梦想就是当一名飞行员。小时候，每当我站在大地上看见一架硕一大的客机从天际呼啸而过，我就会在想象：飞行员很伟大;有的飞行员运送乘客安全到达目的地，有的负责运输救灾物资到灾区，还 有的空军肩扛保家卫国的任务.....这使我更加向往这个职业了。

我在心中默默地告诉自己：一定要努力地去追求这个梦想!

首先，想当飞行员，学一习一成绩以及学一习一能力尤为重要，所以我要上课认真听讲，努力学一习一文化知识。我认为还 应该培养自我学一习一的能力。原先我的成绩并不好，三十几名。一妈一一妈一告诉我要想当飞行员得提高学一习一成绩。从此，我开始走上“不归路”，几乎每天晚上在家学一习一到很晚，早晨早起复一习一语文，读英语，放弃了自己平时休息的时间投身于学一习一，成绩也飞快进步，从原来的班里三十多名，进步到班里二十几名，再拼搏到班里十几名，冲一刺到全班前十名.....

第二，想当飞行员，身一体素质也极为重要，我原本体质挺差，我要开始训练体育，我认真完成体育老师课上布置的训练任务;暑假早晨顶着大太一一参加体育锻炼，每次锻炼完口干舌燥，衣服裤子像是被水淋了似的，额头上的汗珠有黄豆般大小，但是我总会在心中坚定地告诉自己：为了梦想，受这点苦算什么?一妈一一妈一知道我要强身健体，就每天都给我吃有营养的东西。每天一个鸡蛋，一瓶一奶一已成为了日常。爸爸为了让我更加强壮，一有空就带我去爬山，攀岩，带我去游泳馆游泳。渐渐地，我的体质越来越好了。

第三，我认为飞行员们的心理素质是极强的，他们遇事从不慌张。而我却不是这样，以前我每遇到大型比赛、大型考试时，我都会紧张得不得了，我的脚会情不自禁地颤一抖。我清楚地意识到：这样是不行的，于是我开始去尝试改变。在上课时，我积极地举手发言，培养胆量，与此同时，我也常常参加一些学校组织的各种比赛.....我的心理素质越来越好，遇到大事也不太会紧张了，我感觉特别棒。

暑假的时候爸爸一妈一一妈一带我去乘飞机，在天上飞的感觉特别好，这更加坚定了我对飞行员这个职业的梦想!

也许，在逐梦路上，我可能还 会遇到更多、更大的困难，但我不会放弃，我会去拼，朝着我长久以来的梦想，大步向前，克服困难与挫折，永不向它们低头。

篇8：飞行鞋四年级作文

四旋翼飞行器是一种能够垂直起降 (VTOL) 、自主悬停、非共轴式多旋翼碟形飞行器, 目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都属于微小型无人飞行器, 又称为四旋翼无人机。

本文在分析四旋翼无人机控制系统的特点和要求的基础上, 论述国内外现有飞行控制方法的应用现状, 指出四旋翼飞行控制技术发展的现状和趋势。

2 四旋翼无人机飞行控制技术研究现状

四旋翼无人机的四个旋翼呈十字交叉结构, 四个旋翼由四个电机控制, 分别位于十字支架的四个顶端, 通过改变每个电机的转速可以实现对飞行器垂直起降、悬停、俯仰 (前后) 、滚转 (左右) 、偏航 (旋转) 等姿态和运动状态的控制。

四旋翼无人机是一个非线性、强耦合、欠驱动、时变的被控对象, 国外做出一定成果的高校和科研机构有很多, 其中进行室外研究的高校及科研机构主要有Stanford University, Oakland University, Chiba University, University of Technology of Compiegne, Massachusetts Institute of Technology (MIT) , University of Pennsylvania, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) 等;国外的一些商业公司也加入了研究行列, 如美国的Draganfl y公司, 德国的Microdron Ghm H公司等。

国内的一些高校和科研机构对四旋翼无人机的研究进取得了相应的进展。如国防科技大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学, 南京航空航天大学以及清华大学等。在国内, 近几年商用无人机也发展的相当迅速, 如大疆公司的Phantom系列、筋斗云系统, 以及北方天途航空技术发展有限公司生产的M系列多旋翼飞行器[3]。

2.1 数学建模

关于四旋翼无人机的数学建模主要有两种方法:理论推导法和试验辨识法。理论推导法是通过对飞行器各部分的物理结构和受力分析, 经过严格的理论计算得到线性或非线性数学模型;试验辨识法则是基于试验数据, 利用系统辨识理论获得系统参数模型。目前主要是通过理论分析四旋翼无人机动力学特性, 简化或增加四旋翼的约束条件, 建立线性或非线性数学模型。

2.2 飞行控制方法

四旋翼无人机强耦合、非线性、欠驱动、干扰敏感的特性, 使得飞行控制系统的设计变得非常困难。此外, 控制系统的性能还受到模型准确性和传感器精度的影响。近年来, 国内外学者对四旋翼无人机的控制策略进行了大量的研究, 表1中列出四旋翼无人机几种典型的控制方法及其特点。

目前对于四旋翼无人机飞行控制的研究, 大部分是针对姿态稳定控制。国内外相关人员都着重进行了姿态控制器的设计, 但大都加入了许多约束条件, 且大部分处于实验仿真阶段, 实际工程实现的控制效果较好的四旋翼无人机并不多。

3 四旋翼无人机飞行控制专利技术发展整体情况

3.1 专利申请量趋势分析

图1为四旋翼无人机飞行控制技术全球专利申请趋势图。由图1可见, 检索到的四旋翼无人机的专利最早出现在1996年, 申请号为:96117246.0, 该申请公开了一种固定桨叶共轴双旋翼直升机, 为一种遥控直升机, 为四旋翼无人机的雏形;从2005年开始, 申请量出现持续快速增长, 其原因在于自2005年起, 微系统、传感器以及控制理论等技术的发展, 以往的技术瓶颈得以突破, 四旋翼无人机又引起人们极大的兴趣, 自2008年后, 各大高校和科研院所也将研发精力纷纷投入到其中, 导致申请量增长极为迅速, 至今为止仍在持续增长。

3.2 专利申请产出国和申请人分布

通过对所检索到的专利文献产出国进行统计分析, 如图2所示, 排名靠前的国家依次为中国, 美国, 德国, 法国, 并且排名第一的中国的申请量远远高于其他国家, 显示出极高的研发活跃度。

进一步地, 对在华申请人进行统计分析发现, 如图3所示, 约85%的申请来自高校和研究所, 而企业的申请量仅占约10%。中国企业申请人中具有代表性的企业是深圳大疆公司, 该公司成立于2006年, 是全球领先的无人飞行器控制系统及无人机解决方案的研发和生产商, 到目前为止共申请专利80余件, 其中发明专利占30余件。高校及研究所的申请人中, 南京航空航天大学位居第一, 相关申请量为85件, 天津大学和哈尔滨工业大学的相关申请量分别为25件和18件, 其他高校及研究所的申请量则相对较少。

3.3 主要技术分支

四旋翼无人机飞行控制技术主要有以下几个技术发展路线:1) 通过改进四旋翼无人机自身的结构来改进飞行性能;2) 通过改进飞行控制算法来改进飞行性能;3) 通过研究不同的飞行控制方式来改进四旋翼无人机飞行性能。

图5示出了四旋翼无人机自身结构的改进、飞行控制算法的改进、飞行控制方式的改进以及其他技术类专利文献的占比情况, 可以看出, 飞行控制算法的改进和飞行控制方式的改进是两大主要研究方向, 其中飞行控制算法技术发展方向上的专利文献的关注点在于将不同的控制算法或是将不同的控制算法进行融合后应用到四旋翼无人机控制系统中, 使四旋翼无人机的控制性能更加优越。

飞行控制方式的改进主要是解决四旋翼无人机飞行控制问题, 该技术发展方向上的专利文献的关注点在于如何解决四旋翼无人机自主飞行的问题。该技术发展路线如图6所示, 基于视觉的位姿控制方法, 主要是根据摄像头采集到的图像序列信息, 利用计算机视觉技术进行分析。

由上述内容可知, 四旋翼无人机从最初通过遥控装置控制其飞行姿态逐渐发展成通过视觉、手势以及体感等方式来进行控制, 未来的发展趋势将会实现完全自主飞行的四旋翼无人机, 技术人员只需要将飞行计划和飞行任务输入四旋翼无人机, 无人机就可以根据飞行任务和计划自主进行飞行, 同时能应付在飞行过程中出现的各种突发情况, 最终实现四旋翼无人机的完全自主化, 智能化。

4 审查实践应用示例

对四旋翼无人机专利技术的了解, 可以帮助相关领域的人员快速准确理解技术, 提高效率。下面以三件不同类型的申请人的实审案件为例来说明。

【案例1】

申请号:201210589626.1

发明名称:一种基于操控员头部动作操控移动平台的系统和方法

申请人:安科智慧城市技术 (中国) 有限公司

本申请的目的在于提供一种利用头部动作控制四旋翼飞行器的系统和方法, 以提高四旋翼飞行器的飞行控制性能。

首先判断本申请属于无人机控制领域的申请, 技术效果是解放操控人员的双手, 提高操控员手部的活动能力。通过对四旋翼飞行器专利技术发展路线的梳理, 可以很快定位有关基于视频操控四旋翼飞行器的关注最早出现在2007年, 并且集中发展于2008-201年这几年间, 在此范围内进一步寻找, 就能找到2008年的一篇对比文件 (WO2008045144 A2) 。该对比文件的技术方案也是通过视频捕捉头部动作控制四旋翼飞行器以解放操控人员的双手。通过对该对比文件的技术方案的进一步阅读和理解, 审查员引用该对比文件评述本申请权利要求1的新颖性。

【案例2】

申请号:201210459227.3

发明名称:一种无人机的控制方法

申请人:中国兵器工业计算机应用技术研究所

本申请的目的在于针对传统的无人机飞行控制方法的缺陷, 提供一种控制精度高、抗干扰能力强的无人机控制方法。

本申请属于无人机控制领域的申请, 技术效果是无人机的控制算法效果更好, 且无人机出现故障时可自动返航。通过对四旋翼飞行器专利技术发展路线的梳理, 可以确定本申请的技术方案对现有技术作出改进的技术特征为无人机出现故障时可自动返航。针对该技术特征在专利库和非专利库进行相应的检索, 得到对比文件1 (“小型无人驾驶飞机飞行控制系统原理及设计”, 薛安国, 中国优秀硕士学位论文全文数据库, 工程科技Ⅱ辑, C031-21) 和对比文件 (CN101807051A) , 利用对比文件1结合对比文件2可以评述本申请权利要求1的创造性。

【案例3】

申请号:201210471001.5

发明名称:多螺旋桨飞行器控制装置

申请人:南京理工大学

本申请的目的在于提供一种采用协处理器协调工作, 加强系统可靠性的多螺旋桨飞行器控制装置。

本申请属于无人机控制领域的申请, 通过对四旋翼飞行器专利技术发展路线的梳理, 可以确定本申请的技术方案对现有技术作出改进的技术特征为该控制装置包括一个协处理器。针对该技术特征在专利库和非专利库进行相应的检索, 得到对比文件1 (“四旋翼飞行器控制系统构建及控制方法的研究”, 程敏, 中国优秀硕士学位论文全文数据库, 工程科技Ⅱ辑, C031-58) 和对比文件 (CN2681997Y) , 利用对比文件1结合对比文件2可以评述本申请权利要求1的创造性。

5 总结与启示

四旋翼飞行器飞行控制技术是一项涉及多门交叉学科的技术。经过近十几年的快速发展, 各大高校和企业都产生了极大的研究热情, 并取得了一定的研究成果。四旋翼飞行器飞行控制技术目前处于技术发展的上升期。由于该技术的多样性和复杂性, 在技术发展过程中会融入很多其他学科的技术知识, 这就要求审查员在审查过程中不断加强自身的学习, 努力达到本领域技术人员的高度, 准确把握发明与现有技术的界限。

摘要：本文综合了四旋翼飞行器的概念和特性, 从飞行控制方面介绍了四旋翼飞行器的发展现状, 详细叙述了四旋翼飞行器的发展技术路线, 在此基础上, 进一步分析了相关专利技术发展整体情况, 并介绍了实际案例审查实践情况, 最后对未来发展作了展望。

关键词：四旋翼,飞行控制,专利申请

参考文献

[1]中华人民共和国国家知识产权局.专利审查指南2010[M].北京;知识产权出版社, 172-175.

[2]胡宇群.微型飞行器中的若干动力学问题研究[D].南京:南京航空航天大学, 2002.

篇9：四旋翼自主飞行器系统

【摘 要】四旋翼飞行器是一种外形新颖，性能优越的垂直起降飞行器，具有结构简单、操作灵活等特点，在灾区救援，军事运输上有重要价值，越来越被人们所关注。本系统利用R5F100LEA单片机作为主控芯片，配合MPU6050陀螺仪控制控制飞行器姿态，使其能稳定悬停.同时采用摄像头循黑线并检测黑圆区域确定着陆位置，而超声波测距模块也保证了飞行器处于指定的高度。

【关键词】四旋；飞行器；飞行姿态；控制

1.系统方案论证与比较

方案一：利用R5F100LEA单片机配合MPU6050陀螺仪控制控制飞行器姿态，使其能稳定悬停，同时采用摄像头循黑线到达目的地。

方案二：通过MPU6050控制飞行器姿态，采用GPS定位，引导飞行器到达预定位置。

方案三：利用R5F100LEA单片机配合MPU6050陀螺仪控制控制飞行器姿态，使飞行器稳定悬浮且无自转，然后通过软件调试飞行器走直线并通过延时程序控制飞行器降落。

方案一采用摄像头循黑线，程序设计较复杂，但可行性高，且具有一定抗干扰能力；方案二中GPS信号受环境影响，定位精度差；方案三软件调试任务大，且不具抗干扰能力，可行性差。综合考虑，采用方案一。

2.方案设计

四旋翼飞行器结构形式如图1所示，电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。与传统的直升机相比，四旋翼飞行器有下列优势：各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋翼对机身的反扭矩。

图1 飞行器运动控制

3.电路与程序设计

3.1单元模块

3.1.1飞行路线控制模块

方案一：利用摄像头对地面信息进行采样，采集黑线信息，通过摄像头使单片机控制飞行器循黑线行进。优点是精度高，实时性强；缺点是控制较为复杂。

方案二：采用GPS定位系统确定起飞点A和着陆点B，引导飞行器从起飞点A任意路径到达着陆点B。优点是稳定性高，缺点是室内GPS定位精度低。

方案三：采用电子罗盘HMC5883，实时调整飞行方向，使飞行器沿直线行进。优点是精度高，实时性强；缺点是只能控制飞行器直线飞行，无法检测着陆点B，性价比低。

经比较，方案一可行性好，性价比高，采用方案一。

3.1.2飞行姿态控制模块

方案一：在每个飞行器轴上安装一个倾角传感器，通过四个倾斜角配合PID算法时单片机能控制飞行器平衡。优点是数据精度高，采集稳定；缺点是性价比低。

方案二：采用一个MPU6050陀螺仪采集三维空间的飞行器倾斜角，加速度，角速度，在配合相应PID算法，控制飞行器平衡。优点是数据采集快，数据全面；缺点是控制复杂。

处于飞行器载重和性价比考虑，选择方案二。

3.1.3投拾铁片模块

方案一：利用磁铁对铁有较强吸力的特性来拾取贴片，同时在铁片和磁铁之间用一层挡板隔开，并且挡板的一边连接在一个电机转轴上。投掷贴片时转动电机，电机带动挡板旋转，挡板则带动铁片远离磁铁有效磁力范围，使铁片掉落。优点：可靠性强，稳定；缺点：电机和磁铁重量大。

方案二：采用电磁铁，在拾取铁片时给电磁铁通电，产生磁性吸引铁片，投放时，关断电磁铁电流，磁力消失，铁片掉落。优点：控制方便，可靠性高，重量轻；缺点：需要强磁力时，功耗大，重量大。低磁力时，铁片吸附不紧易脱落。

综合考虑，选方案二。

3.1.4电机选择模块

方案一：采用四个直流电机做螺旋桨的动力部分。优点：价格便宜；缺点：转速低，提供升力小。

方案二：采用四个无刷直流电机做螺旋桨的动力部分。优点：转速快，提供升力大，控制精确，性价比高；缺点：价格高，需专用驱动模块。

由于飞行器有一定载重能力，需要较大升力，所以选用方案一。

3.1.5飞行高度检测模块

方案一：利用激光测距传感器测量飞行器飞行高度。优点：精度高，抗干扰能力强；缺点：性价比低，体积和重量大。

方案二：利用超声波测距传感器测量飞行器飞行高度。优点：性价比高，抗干扰能力强。

经比较，超声波传感器在精度上已经能很好的满足系统需求，且重量和体积较小，所以选择方案二。

3.2系统原理框图

根据以上分析，系统原理如下图2所示：

图2 系统整体框图

3.3单元模块电路

飞行器驱动电路如下图3所示：

图3 飞行器驱动电路

电池12V输出转5V为单片机供电如下图4所示：

图4 12V转5V电路图

4.程序设计

微小型四旋翼飞行器是一个具有六自由度（位置与姿态）和4个控制输入（旋翼转速）的欠驱动系统。姿态控制是整个飞行控制的关键，因为四旋翼飞行器的姿态与位置存在直接耦合关系（俯仰/横滚直接引起机体向前后/左右移动），如果能精确控制飞行器姿态，则采用PID控制律就足以实现其位置与速度控制。

图5 程序流程图

5.测试方案与测试结果

5.1测试方法

a.一键式起飞，记录飞行器由A区到达B区的时间t1。

b.一键式起飞，记录飞行器由B区到达A区的时间t2。

c.一键式起飞，飞行器拾取铁片，从示高线上方由A区飞到B区上空投放铁片，并返回A区降落.记录这段飞行的时间t3（最多允许测试两次）。

5.2测试结果

以上测试结果如下表1所示：

表1 测试结果

5.3测试结果分析

飞行器能较好的完成由A区到B区，或者B区到A区，拾取/投放铁片等动作，且飞行速度快。但由于飞行器处于动态平衡，会在小范围内颤动，导致铁片在空中投掷后落点无法准确控制。 [科]

【参考文献】

[1]清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选[M].北京：北京理工大学出版社，2003.

[3]李俊.四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J].辽宁：辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2012，31（1）：114-117.

[4]岳基隆.微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析[J]北京：电光与控制，2010，17（10）：46-52.

篇10：一次飞行的体验五年级作文

你想像鸟儿一样飞上蓝天吗？你想拍到别出心裁的鸟瞰图吗？你想像飞行员一样驾驶飞机吗？想的话，今天下午就来我们锦绣小学吧！

下午，我们在程老师的带领下，排着整齐的队伍，迈着轻盈的步伐来到了操场，哇！眼前一亮，今天的操场格外壮观，三台崭新的无人飞机映入眼帘。今天是什么日子？哦！原来是学校组织的一次无人机的体验活动。

只见一台大型航拍无人机坐落在操场中央，好似我们平时玩的滑板一样大小，还有两台餐巾纸盒大小的.小型无人机，其中一台上面放置着一个神秘的盒子。

体验开始了，老师先给我们讲述了无人机的操控方法，然后请了几名同学上去体验操作无人机的乐趣。体验结束后，老师又亲自示范，无人机在老师的操控下，平稳地飞上天空，翱翔在我们头顶上空，我们好奇地望着无人机上的神秘盒子，“哇！糖果！”我们激动地叫道。原来，神秘盒子是教练带给我们的糖果，随着无人机从我们头顶飞过，糖果洒向了我们，我们有的张开双手、有的把衣兜撑开、有的把双手放到胸前，大家都期待接到这颗“科技之糖”。

最后，我们又去了阶梯教室，那里摆放着许多高科技产品，有无人飞机、航模、机器人、VR设备等。程老师挑了几名同学上去体验操作机器人和VR眼镜，我很幸运地被点名上台了。刚开始操作机器人时我很害怕，生怕机器人会不受控制。不过，经过一番体验后，压在我心底的大石头终于放下来了，原来操作机器人是这么神奇快乐的事……

篇11：小学二年级作文250字：飞行棋

今天，阳光明媚，万里无云，天气晴朗。我做完作业，看见妈妈无事可做。我就想了想，对妈妈说：“妈妈，我们来玩飞行棋比赛。”妈妈说：“好主意。”我先吧飞行棋打开，然后把飞行棋全倒出来，里面有红的、蓝的、绿的`、黄的，这四种颜色。我选了红色。妈妈选了蓝色。

我叫了爸爸爸爸当裁判。爸爸宣布比赛开始。妈妈说：“谁先。”我说：“我先。”我拿起骰子扔了一下滚了滚，滚出了六字走在相同的颜色下可以跳一格……。爸爸宣布“黄菊获胜。”我开心地跳了起来。

篇12：U4飞行航模的五年级作文

U4飞行航模是一款由台湾制造的圆形直升航模，有四个扇叶形的小型螺旋桨，每秒大约能转30~50次，飞机的下面有四个圆形的支撑点可以支撑起整个主体。

航模的中心是整个飞机的核心，它里面有着许许多多的线整齐地放在一起。而且这里面还有一个电板，现就是接通这个电板给各个第放传送动力的。航模的两边有着两个框架，可以在空中起到慢速飞行的作用，因为这两个框架是和扇叶用同一根线发出的动力的。这样扇叶就转的没那么快了。

U4飞行航模，有许多零零散散的零件。这些零件只要按照说明书，就可以准确无误地装在航模上，这样航模就能更美观了，这些零件还有个巨大的作用，它们只要拼装好了，就能减少风对航模的阻力，使航模在空中或两边飞行都畅通无阻。

有一次，操纵航模的时候，我发现，航模一起飞就摇摆不定，一会儿向左，一会儿向右，就像一个迷路的小孩在找妈妈似的。于是，我赶紧把飞机停了下来。好好的研究了一下。我发现，原来航模是需要机翼来保持平衡的。我迫不及待地把机翼装了上去。然后，又一次开启了飞机，这次航模在天上平稳地飞行着，再也不会出现左右摇摆不定的现象了。

U4飞行航模的遥控器有着许许多多的.按钮，有最基本的上下左右键，有高手用的空中翻滚键。遥控器上还可以切换高速或者是低速，低速会慢慢地飞来飞去，而高速却速度很快，一定要熟练了，才能尝试高速模式。高速模式的话，航模扇叶的转动速度会整整提升1倍，只需要2~3秒的时间，航模就能飞到6米的高空中。

篇13：新型四旋翼飞行器设计与制作

四旋翼飞行器能够自由悬停和垂直起降, 结构简单, 易于控制, 这些优势决定了其具有广泛的应用领域, 在民用, 医疗, 军事等领域都有着无限的潜力[1]。然而, 作为一个MIMO非线性系统, 四旋翼飞行器输入变量与输出变量之间的耦合作用、时变非线性的动力学特征、系统本身的不确定性及外部的干扰等的引入, 使得系统的控制问题变得十分复杂。如何能够设计出有足够的飞行动力并且具有良好稳定性的控制系统, 是四旋翼飞行器如今面临的主要问题, 这也使得强大而又易于控制的发动机和控制飞行器协调工作的控制系统成为四旋翼飞行器设计的关键。

1 具体设计内容

(1) 系统硬件设计。通过分析四旋翼飞行器的飞行原理, 确定结构模块化的硬件设计思路, 分别进行系统控制模块、PWM驱动模块、IMU (惯性测量) 模块和遥控器信号捕捉模块硬件原理的分析和实物电路的设计[2]。

(2) 结合四旋翼飞行器的硬件结构, 进行软件编程部分的工作。按照四旋翼飞行器的飞行原理和控制特性进行系统飞行控制主程序以及各模块软件编程。

(3) 对四旋翼飞行器系统的控制方法进行研究, 根据飞行原理进行动力学建模, 并完成系统控制器的设计。

(4) 系统调试和实验结果分析。首先对系统的各个模块进行相关调试和检测, 然后组装模型, 进行四旋翼飞行器实物系统的飞行实验, 验证理论设计方案的合理性。

2 硬件设计

整个系统硬件部分根据模块化思想进行设计, 结构框图如图1所示。

从上图可以看出整个系统主要包含的模块有遥控器信号捕捉模块、IMU (姿态测量模块) 、PID控制器模块[3]、PWM输出模块、IIC模块和USART (无线串口) 模块。

3 软件设计

本系统软件开发环境是IAR Embedded Workbench IDE for ARM[4], 这个环境具有高度优化的IAR AVR C/C++编译器;一个强大的编辑器;一个工程管理器;一个具有世界先进水平的高级语言调试器。使用户在开发新的项目时也能在所熟悉的开发环境中进行。一般基于ARM开发系统用的开发环境有两个, 一个就是IAR, 另外一个是MDK, 明显后者在编译的时候速度很慢, 而且调试环境前者比后者简单且容易直观, 所以选择前者作为开发环境。图2是整个系统的软件流程。

首先必须对系统的各个硬件模块进行初始化, 初始化完毕以后需要读出保存在Flash的控制参数, 这些控制参数都是在上一次试飞过程中调试完毕并保存在Flash中的, 读取完参数后把这些参数赋值给相应的运算变量以备之后的PID运算, 紧接着依据捕捉的遥控器2通道的信号上升沿是否大于1700判断是否需要对电子调速器进行行程的校准, 接着就是进入姿态解算模块对姿态数据进行更新, 再对发送给上位机的缓冲区数据进行更新。之后就是判断系统是否处于解锁和关闭状态, 这些都是出于安全防护的考虑, 因为如果对整个系统没有锁定这一功能, 而操作者在对系统上电的时候系统就处于运行状态, 假如这个时候遥控器信号不是正常值, 很容易出现危险的情况。同理为什么要判断遥控器是否关闭, 原因是遥控器关闭的时候信号处于异常状态, 如果不加这个判断, 即遥控器关闭状态下对系统上电, 且解锁完毕, 飞行器会出现异常的工作状况。接着就是等待控制周期标志置位, 对控制量进行更新, 本系统的控制周期是2.5ms, 之所以采用这个控制周期是因为控制电调的PWM波周期是2.5ms。这里还需要说明一点是程序流程图里面没有提到好几个子模块的程序, 它们分别是遥控器信号捕捉模块, 主要应用的是中断子程序, 算法在下面小节会具体说明;还有控制周期定时子模块, 主要是控制周期一到对标志置位;还有数据发送子程序, 应用DMA发送;姿态传感器数据接收子模块, 通信协议是IIC;还有上位机数据接收子程序, 应用的是中断子程序;还有PWM控制量输出子程序;还有“X”模式四个电机控制量耦合关系子程序和Flash读取存储子程序[5]。

本实验室的飞行器姿态角度的检测由加速度计、陀螺仪、微控制器STM32、电机等组成, 通过无线模块的发射和接收, 跟上位机通信, 测试数据。为了检验设计的效果, 把表1数据应用于实验室的飞行器, 通过多次飞行试验, 测试数据得到结果见表1所示, 稳定效果较好。

4 结论

本文对实验室四旋翼飞行器进行建模, 通过改进后的遗传算法优化PID参数, 仿真实验证明达到稳定状态快, 精度高的特点, 相比同类文献有非常明显的优势, 通过查阅其它文献, 一般达到稳定时间在1S多, 而本算法优化的PID参数, 达到稳定时间在0.1S左右, 提高了10倍。为了验证仿真的效果, 实验室飞行器通过多次试飞, 测试数据表明, 具有较好的鲁棒性和良好的控制效果。证明了本文基于遗传算法的PID参数的优化是有效的。

参考文献

[1]Ly Dat Minh.Modeling and control of quadrotor MAV using vision based measurement[J].IEEE Trans.Cricuits Syst, 2010, 33 (4) :10-80.

[2]黄溪流.一种四旋翼无人直升机飞行控制器的设计[D].南京理工大学, 2010:12-15.

[3]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社, 2012.

[4]Abhijzt Das, Kamesh Subbarao, Frank Lewis.Dynamic inversion of quadrotor with zero-dynamics stabilization[C]//IEEE Multi-conference on Systems and Control.2008:1100-1191.

篇14：飞行鞋四年级作文

关键词：四旋翼飞行器；GPS定位；STM32F4；四元数算法；农情信息采集

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）05-0027-03

随着传感器技术的突破和GPS在民用控制系统中的广泛应用，微型飞行器系统得到了长足发展，四旋翼飞行器成为国内外研究热点。四旋翼飞行器是微型机电系统的集成产物，特别适合在近地面环境（如旷野、城区和林场等）中执行测绘等任务，具有广阔的应用前景。四旋翼飞行器不但具有直升机垂直升降的飞行性能，而且在一定程度上降低了飞行器机械结构的设计难度。四旋翼飞行器的优势为：在制作过程中，对整体机身的中心、对称性及电机性能要求较低。

1 系统硬件方案

本设计采用STM32F4作为核心控制器，该微控制器（MCU）内核是ARM Cortex-M4架构，具有高性能、低功耗、低成本等特点。飞行控制器包括NEO-6M型GPS定位模组、姿态传感器MPU6050型模块、无线数传模块、无刷直流电机调速器、电源管理模组、遥控器（使用商品遥控）及接收机。MCU捕获接收机的PPM信号后，传感器与MCU采用IIC总线实现数据通信，MCU使用PWM信号控制电子调速器间接控制电机转速。软件算法采用四元数和互补滤波算法解算姿态信息，控制算法采用经典PID控制器控制四旋翼稳定飞行和云台舵机。系统硬件如图1所示。

2 传感器数据处理

2.1 GPS定位数据解析

ATK-NEO-6M模块是ALIENTEK公司生产的一款高性能GPS模块，核心采用UBLOX公司的NEO-6M模组，具有50个通道，追踪灵敏度高达161 dBm，测量输出频率最高5 Hz。ATK-NEO-6M模块自带高性能无源陶瓷天线，兼容3.3 V和5.0 V单片机系统，并自带可充电后备电池（支持温启动或热启动）。另外，模块自带一个状态指示灯——PPS。该指示灯连接在UBLOX NEO-6M模组的TIMEPULSE端口，该端口的输出特性可以通过程序设置。PPS指示灯可判断模块的当前状态。在默认条件下有2种状态：常亮表示模块已开始工作，但还未实现定位；闪烁（100 ms灭，900 ms亮），表示模块已经定位成功。

2.2 姿态解算

MPU6050是InvenSense公司的六轴运动处理组件，如图2所示。相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速度计之间的时间差问题。MPU6050内部整合三轴陀螺仪、三轴加速度传感器及一个IIC接口，可用于连接外部地磁传感器，利用自带的数字运动处理器（Digital Motion Processor，DMP）硬件加速引擎，通过主IIC接口向应用端输出完整的9轴融合演算数据。

四旋翼飞行器系统是一个时变且非线性系统，采用传统PID算法的单一反馈控制，存在不同程度的超调和振荡现象，无法得到理想的控制效果。将前馈控制引入飞行器系统控制中，能有效改善系统实时性，提高反应速度。根据四旋翼飞行器系统的特点，引入微分先行环节，改善系统动态特性，控制器能更好地适应四旋翼飞行器系统的实际情况。

软件设计由STM32F4读取传感器信息、解算姿态角，以姿态角为被控制量融合遥控参量后，输出PWM控制信号到动力系统及2个舵机，实现四旋翼飞行控制和云台稳定补偿。程序流程如图3所示。

3 控制设计

四旋翼飞行器结构对称，俯仰角与横滚角的控制特性基本相同，且相对独立。四旋翼飞行器的俯仰、横滚、偏航、升降可通过4个输入量来控制。通过设定期望角度调整电机转速，使姿态角稳定在期望角。控制策略设计为闭环控制，以姿态角做为被控制量，并应用经典PID控制算法。

在姿态角控制中，将控制器捕获到的遥控器控制信号转换为期望角，与解算的测量角作差设为error。将error乘以一个比例系数kp。只有kp作用时系统存在静差，利用积分ki控制消除稳态误差。积分控制可降低系统的动态性能，甚至造成闭环系统不稳定，因此要对积分进行限幅，防止积分过大。

若采用传统的微分方法微分，在人为操纵飞行器时会造成输入设定值变化频繁且幅度较大，易导致系统振荡。为解决以上问题，在姿态角控制过程引入微分先行PID算法，只对输出量即陀螺仪角速度测量值进行微分，而不对姿态角的设定值作微分。这样，在设定值发生变化时，输出量不会改变，被控量的变化也比较缓和，可明显改善系统动态性能。

将俯仰、横滚、航向控制量分别输入3个独立的PID控制器（如图4所示），得到3个PID输出：pid_roll，pid_pitch，pid_yaw。将这3个输出量作简单的线性运算并输出给电机。部分代码如下：

4 系统调试

4.1 姿态角调试

在完成控制器底层的硬件驱动后，进行姿态角算法调试。利用数传模块将解算出的姿态角数据发回上位机，摇动四轴机体，观察上位机数据曲线与姿态。

4.2 控制电机调试

针对四旋翼飞行器的PID算法，需要反复试验整定出最优参数。先整定单轴平衡参数，再整定另一轴，最后整体调节参数达到期望的平衡状态。为方便调试参数，设计如图5所示试验平台。

5 结论

本研究设计一种应用GPS定位的四旋翼飞行器，对其系统设计方案中相关硬件进行说明。给出飞行器姿态解算过程，介绍PID控制算法在姿态解算及其控制中的应用。采用高精度GPS模组改进GPS数据解析算法，实现更快速、精确定位。姿态算法采用基于四元数的互补滤波，姿态角无奇点，比起卡尔曼滤波等滤波算法，本研究的滤波算法有着计算量小的特点，节约CPU计算时间，对微处理器的性能要求低。该设计是基于GPS定位的新型农情监测平台，具有诸多优点，可垂直起降及机动性强，能够适应各类复杂环境，在农情信息采集中具有较高的应用价值。

nlc202309091109

参考文献

[1] 杨力，张帆，张峰.四旋翼飞行器动力控制系统研究与设计[J].科学技术与工程，2012（24）：6087-6090.

[2] 李继宇，张铁民，彭孝东，等.四旋翼飞行器农田位置信息采集平台设计与实验[J].农业机械学报，2013（5）：202-206.

[3] 王利民.基于无人机影像的农情遥感监测应用[J].农业工程学报，2013（9）：136-145.

[4] 李俊，李运堂.四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J].辽宁工程技术大学学报，2012（2）：114-117.

[5] 王帅，魏国.在四旋翼无人飞行器姿态测量中的应用[J] .兵工自动化，2011（1）：73-74.

Abstract： A new type agricultural condition inspection platform was designed based on micro controller STM32F4 seriesand GPS positioning. With the micro controller STM32F407 as the control core， GPS module， gyroscope， accelerometer and other sensors were used to measure the position and attitude information. The hardware consisted of flight controller， data transmission module， power system， frame， holder servo system. Software made the use of simple and stable quaternion plus complementary filtering algorithm， integrated into the PID control algorithmto achieve stable flight and GPS positioning and other functions. The quadrotor hadmany advantages， such as the expansion of high， strong adaptability and adapt to all kinds of complex environment， with the high application valuein the agricultural information collection.

Key words： quadrotor； GPS positoning； STM32F4； quaternion algorithm； agricultural information collection