【《基于STM32的无人机系统控制设计与实现》10000字】

第一章前言随着社会的发展与科学技术的进步，对无人直升机即多旋翼无人机的研究也迎来了迅速发展。无人机相关技术和相关学科也逐渐的成熟和进步，多旋翼无人机也迎来了一个全新的时代。同时无人直升机的功能越来越全面，体积越来越小，在军事领域和民用领域都得到了相应的发展。随着多旋翼无人机的普遍应用，无人机的价格也下降到一个比较合理的价格，受到很多科技爱好者的欢迎，四旋翼无人机作为一个载体，在实现基本飞行的基础上，可以附加多种功能。如多旋翼常用在航拍检测领域以及农业领域应用；比如植保无人机适用于水稻、小麦和果树等作物的农药喷洒。近几年又出现了用于消防灭火的无人机和用于派送快递的无人机，可见多旋翼无人机正在慢慢进入我们的生活。四旋翼无人机是多旋翼无人机最常见的类型，四旋翼飞行器与其他多旋翼飞行器相比较,其优点在于,机架易于制作,不容易损坏且容易维修，单位体积拥有更大的动力等。另外，四旋翼无人机有能力在狭窄的空间内实现各种功能。所以，因为其广阔的发展前景,近年来，不仅吸引了科研人员关注，商品市场上也出现了越来越多种类的无人机。所以对于无人机的研究必然会越来越深入，无人机控制技术会越来越成熟，操控无人机也会变得越来越简便，所以无人机具有非常好的市场前景。1.1国内外研究现状从人类诞生之处，人类就渴望能够在天空中飞翔，所以古往今来世界各国的人们都在对飞机进行发明和探索，如战国时期中国古代的科学家，军事家墨子就曾发明了风筝，意大利科学家列奥纳多.达芬奇就曾经设计过滑翔机。但由于科学技术相对落后，没能实现飞行的目的，对后人的探索和发明发挥了启迪作用二十世纪有很多伟大的发明，其中最为耀眼的无疑是飞机的诞生。在1903年，来自美国的莱特兄弟在经过无数次的失败之后，制造了世界上第一架飞机，这是一架双翼飞机，结构非常简单，但是可以通过自身动力实现飞行目的的飞机，为世界飞机发展史做出了不可磨灭的贡献，实现了人类在天空中飞行的梦想。四旋翼飞行器在刚刚出现的时候，由于传感器、微处理器等的发展还不是特别成熟,所以阻碍了四旋翼飞行器的进步，因此四旋翼无人机迟迟不能进人实用阶段。GyroplaneNo.1(如图1所示)是第一架四旋翼飞行器，在1907年成功升空，它是由来自法国的兄弟Breguet制造的多旋翼无人机,但飞行稳定性非常差。由于发动机的技术受到限制，所以在后来的很长一段时间多旋翼飞行器都没有得到实质性的发展。图1GyroplaneNo.1在二十世纪五十年代左右，M·K·Adman发明了第一款真正意义上的四旋翼飞行器，并且在试飞的时候成功飞行，从此掀开了无人机研究的新篇章，但是由于这架飞机太过笨重，导致飞行速度相对较慢，并且同时期的发动机技术的发展也相对落后，所以导致这个飞行器的续航能力比较差，此时对于直升机研究的相关技术已经远远领先多旋翼无人机，而对于多旋翼无人机的研究才刚刚起步，控制技术比较落后，且飞行不平稳，控制不精确等问题。所以人们几乎不再关注多旋翼飞行器。近几十年来随着微控制器技术的巨大突破，以及新型材料，微机电系统(MEMS)、微惯导（MIMU）以及飞行控制技术的快速进步。在本世纪初，德国的公司发行了四旋翼无人机MD4-200（见图2），MD4-200这款四旋翼无人机的机身采用了质量更轻，强度更高的碳纤维材料，很大程度上减轻了无人机自身的重量，从而提高了无人机的飞行速度和续航能力，同时由于这款无人机搭载了云拍摄系统，所以在航空拍摄，指挥交通等领域发挥了巨大的作用。所以这款无人机一经问世就受到了很强烈的反响。图2MD4-200法国的无人机公司Parrot也在2011年出版发行了双摄像头四旋翼玩具飞机AR·Drone如图3所示，从此无人机真正进入了大众的视野。图3AR.Drone四轴无人机在21世纪初，国内才开始对于四旋翼飞行器的研究，发展较晚但是发展较为迅速。2001年，上海大学通过利用已有的相关技术，初步研究和设计四旋翼飞行器飞行控件设计和硬件设计。为实现自主控制奠定了基础。2004年，国防科技大学的研究生对多旋翼无人机进行了数学建模，并在两年后设计了四旋翼飞行器模型机。根据多旋翼无人机的飞行原理和相关知识建立了动力学模型，并且根据PID算法对无人机的飞行实现了平稳控制。许多的玩具模型工厂也生产了很多小型四旋翼无人机。但四旋翼飞行器想要得到更进一步的发展，还需要突破很多关键技术的束缚。除了各大高校的研究攻关，多旋翼飞行器各方面技术的进步和成熟也离不开诸多消费级无人机公司的推动，而以大疆无人机创新科技有限公司为首的各个创业公司则成为了行业的引领者。2006年，大疆无人机创新科技有限公司(DJI)在深圳成立，是目前在商业应用最成功的公司，在民用无人机领域大约占全球市场份额的70%左右，在微型无人机领域也占相当大一部分比例，客户遍布世界各个角落。大疆无人机公司致力于研发无人机的飞控系统和无人机的飞行平稳性，为专业的航拍团队提供科技支持。2013年1月，大疆无人机公司生产了“精灵”一代(如图4所示)，这一产品打开了无人机在非专业领域的市场，使得大疆公司在市场上站稳脚跟，为大疆公司成为这一行业引领者打下了坚实基础。图4大疆精灵1无人机2014年，亿航科技公司在广州成立，并且迅速发展，该公司注重科技研发和创新能力，在国内无人机市场占据一定的比例。其中该公司生产的Ghost无人机(如图5所示)实现了与智能手机的完美结合，仅仅通过手机就能控制无人机的姿态控制。打破了常规的遥控器控制的繁琐操作过程，所以受到了业内研发人员的认可，同时该公司也创下了几项记录，足以证明亿航科技的实力。图5亿航Ghost飞行器1.2四旋翼飞行器的关键技术四旋翼飞行器主要要解决的问题包括：1、总体设计优化即实现无人机成本，质量大小，飞行速度等各个方面的最优化。2、能源动力系统即要提高无人机的能源利用率需要研制质量更轻，储能更高的电池从而提高无人机的续航能力。3、建立数学模型以确定无人机的运行速度和无人机的姿态，实现对无人机的控制。4、定位导航与通信即实现无人机空中飞行和地面基站的信息交换，达到控制无人机的作用。第二章四旋翼无人机控制原理和姿态表示2.1四旋翼无人机结构四旋翼飞行器的四个螺旋桨机体的周围对称均匀分布，并且要保证旋翼处于同一水平面。为了保证螺旋桨所产生的力矩大小相等，所以螺旋桨的材质，大小尺寸都要一样。同时四根机臂互相垂直，直流无刷电机安装在靠近机臂的末端位置且安装位置要对称。所以无刷电机等速旋转时电机相对于机架的中心位置产生的力矩也是一样的，这样可以有效地避免因机身受力不均所产生的颤抖。使飞行器飞行平稳。根据四旋翼飞行器的结构不同可将四旋翼飞行器分为“十”字构型（见图6）和“X”构型（见图7），采用“十”字构型的四旋翼无人机虽然控制算法相对简单，但是由于产生的力矩相较于“X”构型相对较小，而无人机面临的主要问题是动力续航能力。所以“X”构型的无人机慢慢的取代了“十”字构型的无人机，成为了主要的四旋翼无人机构型。图6“十字型”无人机图7“X构型”无人机2.2四旋翼无人机控制原理四旋翼无人机是依靠电子调速器来改变电机转速，从而比较灵活在空中飞行，控制无人机的飞行姿态，完成各种复杂的飞行动作。根据螺旋桨和电机的相对位置不同，可以将无人机的类型分为两种，即电机向上安装和电机向下安装，两种安装方式各有优缺点，但是目前常用还是电机向下安装如AeryonLabsy研发的Scout四旋翼无人机如图8所示，这种安装方式由于螺旋桨相对地面较远，可以降低无人机下落时旋翼因碰撞而破坏的概率，减少无人机的损坏，延长无人机的寿命，同时不会影响相机的拍摄路径。在电机的安装方向向下时，如图9中科遥感RSA无人机，这种无人机飞行比较平稳，不易受到外界干扰，但是但对无人机有航拍功能时会干扰无人机的拍摄功能。图8Scout无人机图9中科遥感RSA无人机当螺旋桨旋转时，螺旋桨相对于空气会产生力矩，此时空气也会对无人机产生方向相反的力矩。而这个反作用力矩会作用到无人机的机身上。为了克服这个力矩的影响，使得无人机正常飞行，常用的解决方案是保证相邻螺旋桨的旋转方向相反，以此来克服无人机的陀螺效应。常见的直升机通过加尾桨来克服反力矩，这样会降低能量利用率。如图10所示电机2和4沿着逆时针方向旋转，同时电机1和3沿着顺时针旋转，这时所产生的反扭距将会被相互抵消，但是为了保证四个螺旋桨所产生的作用力方向向上，则要求相邻两螺旋桨安装方向相反。在没有外力干扰下，当无人机的自重和电机旋转产生的升力一样时，此时无人机将悬停在某一固定高度。由于，四旋翼无人机由四个电机旋转提供动力，且四旋翼无人机体积相对较小，而直升机只有一个螺旋桨提高动力，且自身重量相对较大，所以四旋翼无人机的螺旋桨转速比直升机的转速低很多。因此，四旋翼无人机可以实现在室内飞行并且可以接近目标物体。3131图10无人机悬停状态无人机系统有四个输入，分别为一个上升力和三个方向的扭矩，由此可以控制无人机四种主要运动形式：升降运动，俯仰运动，横滚运动，偏航运动1、升降运动如图（11）所示无人机在铅锤方向上下运动时，假设无人机此时处于平稳状态，需保证4个螺旋桨转速完全一样。若此时同时增加螺旋桨转速且增加转速的大小一样，可以控制无人机向上运动，反之，同时减少螺旋桨转速且减小的转速大小也一样，可以控制无人机向下运动。3131图11无人机向上运动2、俯仰运动如图（12）所示，当无人机处于一个平稳飞行的状态，此时提高电机2的转速，降低电机4的转速（改变大小应一样），保持电机3和4的转速不变，由于旋翼2的升力上升，旋翼4的升力下降，此时无人机将会向后俯仰运动，反之无人机将会向前俯仰运动。俯仰动作的实质会影响无人机的前进和后退运动，因为俯仰运动会产生向前或向后的分力。3131图12无人机向后运动3、横滚运动如图（13）所示，若保持电机2和4转速不变，同时提高电机1的转速，降低电机3的转速，由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，此时无人机会向左进行横滚运动，反之无人机会向右进行横滚运动。横滚运动由于会产生向左或向右的分力所以会影响无人机的左右运动。3131图13无人机向后运动4、偏航运动偏航运动就是无人机的机体绕着自身旋转的运动，原理是无人机的陀螺效应，为了保证无人机的平稳飞行一般我们是克服无人机的陀螺效应，但是四旋翼无人机需要借助无人机的陀螺作用实现偏航运动。当无人机处于平稳飞行状态，需要实现无人机的偏航运动如图14所示，只需要增加电机1和3转速且增加的大小一致，同时减小电机2和4的转速同时保证减小的幅度一样,则电机1和3产生的反扭矩相对较大，此时无人机的机身会向着电机1和3旋转的反方向偏航，反之则相反。3131图14无人机顺时针偏航运动2.3四旋翼无人机姿态表示为了方便对四旋翼无人机进行运动分析，需要建立合理的坐标系首先在大地上建立一个全局坐标系，然后再以无人机中心为坐标原点建立一个局部坐标系，以便来表示四旋翼无人机的姿态和位置。2.3.1坐标系首先是将全局坐标系oexeyeze建立在地球上。在全局坐标系中，把地心oe作为坐标系原点，首先在水平面确定坐标系的一个坐标轴的方向，假设任意方向为轴oe四旋翼无人机机体的局部的坐标系obxbybzb的确定遵照地球的全局坐标系的确定方法，为了方便表示无人机的位置，我们将无人机的中心即四个机架的交点中心作为局部坐标系的原点，首先确定局部坐标系的一条轴线的方向，将无人机两相对布置电机的连线作为轴obxb的方向且规定正方向为无人机机头方向。将过坐标原点且垂直与无人机所在平面的直线作为轴obz图15四旋翼飞行器两坐标系间的关系2.3.2欧拉角欧拉角对无人机飞行控制非常重要，可以直观的表示无人机的姿态并且具有明确的物理意义可以简化运算过程。根据欧拉旋转定理：任何两个独立的正交坐标系都可通过一系列（不超过三次）相对于坐标轴的旋转联系起来，但其中连续的两次旋转不能绕同一轴线。所以可以选择将无人机的机体坐标系向地球的全局坐标系转化，也可以选择将地球的全局坐标系向无人机的机体坐标系转化，为了简化运算，我们选择将地球的全局坐标系通过符合欧拉旋转定理的旋转得到四旋翼无人机机体坐标系。在旋转过程中，欧拉角就是旋转的角度。欧拉角分别为：俯仰角θ；横滚角φ；偏航角ψ。当绕地球的全局坐标系的坐标轴e3旋转时，四旋翼无人机的偏航角ψ即为旋转角度的大小，规定偏航的正方向为无人机机体顺时针旋转，且偏航角的变化范围是（-π≤ψ≤π），变换后的坐标系为0k然后绕变换后的坐标系的坐标轴k2进行旋转，四旋翼无人机的俯仰角θ即为旋转的角度的大小，规定正方向为无人机机头向上时的方向，且俯仰角的范围为（-π/2≤θ≤π/2），变换后的坐标系为0图16无人机偏航角ψ图17无人机俯仰角最后绕变换后的坐标系的轴n1进行旋转，四旋翼无人机的横滚角φ即为旋转角度大小，规定正方向为机体向右横滚时的方向，且横滚角的变化范围是（-π≤ψ≤π），变换后的坐标系即为地球的全局坐标系0b1图18无人机横滚角分别对三个欧拉角进行微分就可以求出无人机各个欧拉角变化的角速度。根据三个欧拉角变化的角速度的关系就可以得到无人机的角速度。无人机的角速度表达式为：b&b结合以上两式可推导出：ωxbωy第三章四旋翼无人机结构选型设计3.1四旋翼无人机的基本构成四旋翼飞行器主要由飞控系统，机架和动力系统等组成，有时为了满足实际飞行，需要减震板和云相机拍摄系统。以下几个部分组成。如图（19）所示.图19四旋翼无人机系统3.2机架机架作为无人机控制系统的飞行载体，由减震架，起落架和机身构成。当无人机搭载拍摄云系统，需要有效控制无人机的颤动，使飞行和相机的拍摄平稳所以需要加减震器，可将减震器看成机架本身的一部分。机架一般使用强度较高，质量相对较轻的材料。3.2.1机身多旋翼无人机的机身由于要承载各种飞行控制的零部件和设备，所以对于无人机具有至关重要的作用。同时需要考虑无人机的机身布局是否合理，因为无人机对机身本身的重量要求非常严格，而且，无人机所能产生的最大压力是由机身的轴数和轴距所决定的，所以应根据不同的要求选择合适的机身。当我们设计一个高性能的多旋翼无人机时要首先考虑无人机机身的重量，除此之外，也要综合考虑价格，材料和大小尺寸等多种因素。表1是常用材料的主要参数。材料碳纤维铝合金玻璃钢聚碳酸酯丙烯酸塑料密度（g/cm2）1.71.17弹性模量(Gpa)20070722.321.5抗拉强度(MPa)3503701306379成本（10最低）15688加工（10最高）36767表SEQ表\*ARABIC1各种材料性能表由上表可以得到碳纤维材料具有加工简单，质量轻，抗拉强度大。但唯一不足的地方是价格昂贵，所以对于一些性能要求比较高的无人机大部分都是选用碳纤维材料。如大疆高端系列无人机大疆经纬系列。但是对于一般无人机科技爱好者来说由于考虑到成本问题常常选用塑料机身代替。多旋翼无人机两相对电机轴之间的距离称为无人机的轴距，而无人机的整体尺寸就是由无人机的轴距决定的。同时无人机的轴距对无人机的性能也有很大影响，当无人机的轴距相对较小时无人机就越灵敏，同时易受到外界干扰。当无人机的轴距较大时不易受到外界的干扰，但是无人机就会变得迟钝。所以无人机的轴距应该根据我们对于无人机的性能要求来确定。通过综合考虑了机架的价格，轴距，材料性能等，本次设计选择大疆F330型号的机架如图20。这款型号的机架马达轴距为330mm，机架重量为143g同时层板为沉金PCB，可以直接焊接电调。同时具有质量轻，价格低等优势。所以深受无人机科技爱好者的欢迎。图20F330机架3.2.2起落架图21为起落架，可以与F330机架相适配，起落架作为无人机的支撑架，对无人机硬件起到很好的保护作用。无人机的起落架有收放式和固定式两种，常见的是固定式的起落架。下面介绍无人机起落架的具体作用：1、无人机起落架使的无人机和地面保持距离，防止螺旋桨在高速运转时因撞到地面而损坏。2、无人机的起落架具有支撑作用，可以保持机身的平衡。3、无人机的起落架具有缓震和缓冲的作用。减小对无人机的损害。4、若无人机搭载云拍摄系统，无人机的起落架可以保护拍摄云台和摄像头。图21无人机起落架3.3动力系统的选择在四旋翼飞行器中，电动机，电子调速器，螺旋桨，和航模专用锂离子电池等组成了无人机的动力系统。无人机动力系统的合理搭配会对四旋翼无人机的性能有很大影响。如持续飞行时间，最大飞行速度，飞行里程等参数。3.3.1电池电池的作用是将化学能转化为电能，需要为无人机的动力系统和其他的设备供电，由于科研人员对电池储能技术的深入研究，多旋翼无人机不在使用传统的镍镉电池，而选择锂离子电池为无人机提供能量。锂离子电池与以前使用的航模电池可以储存更多的能量。因此可以减轻无人机的自身重量，提高无人机的飞行速度和无人机的续航能力。目前大部分的无人机都选择了质量较轻的锂离子电池（见图22），本次设计选用了3S25C的电池为无人机的飞行提供能量，3S的意思是三个锂电池以串联的方式连接在一起，25C表示放电倍率图22航模专用锂离子电池3.3.2电子调速器电子调速器分为有刷电子调速器和无刷电子调速器两种。在多旋翼飞行器中使用的是直流无刷电动机如图（23）所示，可以输出供直流无刷电机直接使用的三相交流电。电子调速器的主要功能是控制电动机和调控速度。图23电子调速器3.3.3电机和螺旋桨电动机可以为多旋翼无人机提供动力，并且通过调节转速来控制无人机的飞行姿态，同时无人机的载重能力与电机转速快慢有关，可以通过控制无人机电机的转速大小来改变无人机的姿态。多旋翼飞行器常选择直流无刷电机，这种电机质量轻，并能提供足够强劲的动力。直流无刷电机结构比较简单，由定子和转子组成。螺旋桨的材料有塑料，木头和碳纤维等几种材料，属于消耗品易损坏。螺旋桨是为无人机提供动力的最后环节，对无人机的重要性不言而喻。螺旋桨通过旋转会产生作用力，这个作用力可以使无人机得以飞行。螺旋桨和电机的适配度会对无人机的续航能力和飞行速度有很大的影响。所以多旋翼飞行器选择螺旋桨时，很大程度上取决于使用的电动机和机身的尺寸。在给定的转速下，较大的螺旋桨能够产生较大的拉力，较小的螺旋桨在相同转速下旋转产生的拉力也较小。因此，通常情况下，为了使多旋翼飞行器能够获得最高的效率，应尽可能使用最大的螺旋桨。根据经验公式的得：450mm轴距的机架常常选择长度为25.4cm的螺旋桨;500mm轴距的机架常常选择长度为27.94cm的螺旋桨;550mm轴距的机架常常选择长度为30.48cm的螺旋桨。本次设计选用了郎宇2212电机（见图24）和1155螺旋桨即长度为11英寸，螺距为5.5英寸（见图25）。图24郎宇无刷电机图251155螺旋桨第四章四旋翼无人机飞控系统硬件设计四旋翼无人机的飞行控制系统如图26。这里研发四旋翼飞行器系统的硬件主要由地面控制板和飞行控制板两部分组成。PC.上位机和遥控器的控制信号经地面控制板处理后,再通过nRF无线模块与飞行控制板进行无线通信。图26四旋翼无人机飞控系统组成4.1飞行控制板设计飞行控制系统可视为多旋翼飞行器的大脑，它处理所有采集到的信息并发送相关的指令给电动机和控制界面，以执行特定的动作。4.1.1核心板选型核心板的作用有：1、通过控制飞行控制板PWM的占空比，调节4个电机的转速来操控无人机的运动。2、飞行器传感器数据采集及处理，包括六轴传感器的姿态数据、超声波模块测量的高度数据、光流传感器的位移数据。3、与地面控制板的交互通信，接收地面控制站发送来的遥控器数据以及其他控制命令,同时向地面站反馈自身各项状态数据。本次设计的主控芯片选择STM32F407。如图27所示。图27STM32F407核心板4.2姿态传感器模块控制四旋翼飞行器的姿态是飞行器控制的核心，按姿态控制的功能模块划分，常用的模块有加速度计、磁力计和气压计等。随着微机电技术的发展以及制造加工的微型化，所以把陀螺仪、加速度计、磁力计都集成在一个模块上，一是使用方便;二是采集的数据更加稳定。某些特殊的场合,使用专门的加速度计，磁强计和气压计等。现在四轴飞行器控制大部分都采用集成度较高的器件了,MPU6050和MPU9250是近年使用频率较高的两款器件,就是常说的6轴和9轴。MPU9250是MPU6050的升级版本。无人机的姿态传感器选择GY86模块如图28，由于GY86总共集成姿态传感器MPU6050、磁场强度传感器HMC5883L、气压传感器HS5611三种传感器。MPU6050的坐标及方向如图29所示。此模块因为结构比较紧凑所以体积和质量相对较小，同时集成的传感器的精度相对较高。MPU6050、HMC5883L、HS5611与STM32的接线图如图30、31、32所示。图28GY86模块图29MPU6050传感器的坐标及方向图30MPU6050接线图31HMC5883L接线图32MS5611接线4.3遥控器和接收机由于2.

4GHz频段是免费的，所以无人机的遥控器常选择这个频段，目前常用的遥控器品牌有乐迪，JR和天地飞等，这些遥控器具有操控距离远，传递信息相对比较可靠，通过控制遥控器，信号可以通过无线或通过有线传递到地面基站，经地面站处理将PPM信号并解析成真正的遥控数据，从而达到操控四旋翼飞行器的目的。接收机通过和遥控器对频而形成配对，同时将接收机安装在四旋翼无人机上用来接收信号。本次设计选用了天地飞遥控器如图33，同时与WFR07S接收器如图34相配合。图33天地飞遥控器图34WFR07S接收器4.4数据传输模块由于无人机在高空飞行时需要接受命令信号而达到预定的飞行目的，目前常见的数据传输方式有WIFI、Bluetooth、Zigbee等，综合考虑它们的性能特点。本次设计选择Zigbee数据传输通信模块。Zigbee具有功耗低，传递数据较快，同时具有较强抵抗外界干扰的能力。目前一些民用无人机生产公司常用WIFI技术进行传输数据，由于WIFI技术发展较为成熟，但是控制距离相对较短，所以高端的无人机慢慢的淘汰了WIFI技术。第五章MATLAB仿真飞行当无人机真正实现飞行时需要进行各种参数的测试与调整。四旋翼飞行器自主飞行功能的基础包括:1、四旋翼飞行器实现自主平衡;2、四旋翼飞行器在有遥控的情况下按照遥控者意愿飞行，且操作难度较低;3、四旋翼飞行器在无遥控情况下利用附加传感器实现定点悬停和位移控制。对于本科大学生来说，四旋翼飞行器基础飞行功能的实现有较高的难度，不仅要根据飞行原理装配四旋翼飞行器的硬件，在硬件层面保证飞行器能够安全稳定飞行，而且要进行四旋翼飞行器软件设计，尤其是较为困难的底层软件设计。所以在此基础上进行了MATLAB仿真飞行。5.1MATLAB仿真程序仿真程序见附录部分。5.2MATLAB仿真运行结果5.2.1无人机的姿态仿真结果如图35所示图35无人机姿态仿真图5.2.2无人机的速度仿真结果图36所示图36无人机速度仿真图5.2.3无人机的位置仿真结果如图37所示图37无人机位置仿真图5.2.4无人机运行轨迹仿真结果如图38所示图38无人机运行轨迹图第6章无人机的安全和成本核算6.1四旋翼无人机电池的安全6.1.1四旋翼无人机对安全的影响无人机的锂电池长期使用会出现鼓气膨胀和爆炸等现象，不仅会损害无人机，而且可能会给人身安全带来威胁。所以我们要合理的使用电池，并且要定期更换电池，防止电池过度充放电现象。如果充电的电压超过了电池的极限电压，电池所化学反应会变得很强烈，若长期充电的电压过大会造成电池发生爆炸现象如图39所示。所以我们应该尽量避免电池的过度充放电，合理的使用电池，当遇到电池鼓气膨胀时应及时更换，避免对人类自身安全带来威胁。图39无人机电池爆炸6.2经济成本核算本次设计四旋翼无人机的零件花费清单如表2所示，从表2中可以算出总的花费为人民币两千多元。与同等性能的无人机相比，价格具有很大优势，但是由于飞行控制技术相较于比较成熟的无人机公司还有很大差距，希望本次设计能够对无人机市场提供帮助。表2无人机零件价格表物品名称品牌型号数量单位单价总价机架DJIF3301套9090动力套装郎宇郎宇2212电机1套699699电池格氏2200MA1个230230飞控核心板STSTM32F407VGT61块7070飞控扩展板嘉利创UAV-11块9090姿态传感器优信电子GY861个7070GPS模块雷讯M8N1个199199