燕山大学
课 程 设 计 说 明 书
题目： 四旋翼飞行器惯性测量系统的设计
学院（系）： 里仁学院电气工程系 
年级专业： 计控06-1     
学    号： 061203011012   
学生姓名： 黄达军         
指导教师： 张秀玲 车海军 
教师职称： 教授    讲师   

燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院                  基层教学单位：    自动化系     
学 号
061203011012
学生姓名
黄达军
专业（班级）
06计控1班
设计题目
四旋翼飞行器惯性测量系统的设计
设
计
技
术
参
数
1、 对四旋翼飞行器设计惯性测量系统；
2、 采用单轴陀螺仪、三轴加速度传感器、磁阻尼传感器设计该系统；
3、 对陀螺仪采集回来的数据进行Kalman滤波。
设
计
要
求
1、说明书一份(如打印用B5纸，5号字，上下左右各留20mm。汉字采用宋体，英文及数字采用Times New Roman，单倍行距，标出页码)。
2、说明书顺序：封面、任务书、摘要、目录、正文、结论、参考文献、评审意见表
3、说明书封面与内容需一致(打印或本人手抄)，图表清晰，字迹工整。
4、完成A2图纸一张。
工
作
量
1、说明书一份不少于6000字，可手写也可打印。
2、A2图纸一张，手工绘图。
3、参考文献不少于5篇。
工
作
计
划
第一周：
1、确定系统总体设计方案（包括方案的选择说明）。
2、选择系统控制变量和被控参数，检测与转换器件、控制器和执行器。
3、选择计算机的类型，并对系统控制参数进行整定。
第二周：
4、完成计算机、外设及被控设备的连接、调试、检验和计算机软件编程。修正、改进系统的硬、软件设计。
5、编写说明书一份，绘制A2图纸一张。
6、完成课程设计考核，评分。
参
考
资
料
《反馈控制理论》、《工厂电器》、《半导体变流技术》、《电力拖动及自动化》、《电子技术》、《计算机控制》、《制图》、《计算机原理》、《微机控制原理及应用》、《电力电子技术》、《计算机操作系统》、《计算机控制系统》等课程教课书及相关专业报纸、杂志和论文。
指导教师签字
张秀玲 车海军
基层教学单位主任签字
刘福才
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
2018年9月15日
目录
摘　要    1
关键词    1
第1章    引言    2
第2章    设计要求与总体设计思想    2
2.1.    设计要求    2
2.2    总体设计思想    3
第3章    姿态测量方法的研究现状    3
第4章    电源管理    5
第5章    微型惯性测量系统的工作原理和硬件电路组成    6
5.1.    单轴陀螺仪    7
5.2.    三轴加速度传感器    7
5.3.    磁阻尼传感器    7
汽车漂移教学
5.4.    AD采样电路    8
5.5.    磁阻尼传感器重置/复位(R/S)电路    8
第6章    系统的软件解算实现方法    9
6.1.    卡尔满滤波器的介绍    9
6.2.    磁阻尼传感器干扰的校正    10
6.3.    坐标转换矩阵    12
6.4.    参量融合    14
第7章    设计体会    14
参考文献    15

摘　要
无人机技术是目前世界上发展比较迅速的一项技术，固定翼无人机已经在过去二十多年中的局部战争中展现了它特殊的能力。而相对无人直升机而言，它的发展要慢的多，主要是因为早期技术水平无法实现其自主飞行控制。目前世界上的四旋翼无人直升机基本上属于微小型无人飞行器，其中美国、德国、日本等国家技术先进，能过实现自主飞行，视频巡航等功能，而国内在此方面的研究基本上处起步阶段。
飞行器的惯性测量系统是对飞行器进行控制的基础，其基本数据由单轴陀螺仪、三轴加速度传感器、磁阻尼传感器采集获取，然而，采集回的数据需要进行滤波处理、校正等，才能被实际控制应用。从上述三种测量器件反馈回的数据可以反应当前飞行器的姿态，同时结合飞行的数学模型，对飞行器进行控制。
本设计报告详细地从姿态测量方法的研究现状、电源管理、微型惯性测量系统的工作原理和硬件电路组成及系统的软件解算实现方法等方面论述了四旋翼飞行器的惯性测量系统，对飞行器的惯性测量提出了一种解决方案，具有参考价值。
关键词
四旋翼飞行器　惯性测量　Kalman滤波

第1章 引言
本次微型计算机控制技术课程设计是结合燕山大学大学生创新性实验计划项目《嵌入式电动四旋翼飞行器的设计及实现》进行的实际微型计算机控制。
由于小型无人机具有体积小、重量轻、便于携带、目标小、成本低廉的特点，在未来的高技术战争中将发挥侦察与信息传递的重要作用。由于其能量和带载荷能力非常有限，因此，如何最大程度地减小机载设备的重量和功耗成为一个非常重要的问题。姿态控制是无人飞行器
保持航向和飞行稳定性的重要保障，而进行姿态控制就必须要实时地获取飞行器的姿态信息，目前飞机上所使用的姿态测量系统在体积、重量、功耗等各个方面都无法满足小型无人机的使用需求。根据微机电（MEM）技术的发展，设计了基于MEM惯性器件的低成本微型航姿测量系统在小型无人机上使用。