1. 研究目的与意义（文献综述）

本课题针对的是森法火灾监测的无人机设计，其不仅可以高效快速地完成日常森林火灾的监测，节省人力物力，而且可以在监测到火灾发生时第一时间进行报警，减少不必要的损失和安全隐患。监测所用的无人机选择的是小型四旋翼飞行器，作为小型无人飞行器研究的热点，它只需通过改变四个电机的转速即可实现控制，且具有飞行姿态灵活、优越的悬停和低速性能等特点。并且，它能够垂直起降、空中悬停,可以携带摄像机、测绘仪器、空中通信节点、小型杀伤性武器等装置,在人工操控或者自动控制下,以特定的航线和姿态飞行,完成相应的任务。小型旋翼飞行器自从问世以来,已经在地震、泥石流等重大自然灾难的灾害评估及查险救援、环境保护、电力系统巡线、航空成像及测绘、警用及军用任务、通信中继、农业施肥和病虫害防治等领域发挥了重大作用。

2. 研究的基本内容与方案

课题的基本内容是完成森林火灾监测无人机的结构设计和控制系统设计，结构设计要求合理有效并且建立模型，系统控制的设计需实现对无人机的飞行状态的有效控制和按照指定路线巡航以及传输信息。

目标是通过需要选型建立四旋翼无人机的三维模型，设计算法通过对无人机飞行的平衡、俯仰、偏航、横滚等姿态角状态的控制，实现无人机可以平稳地按照指定巡航路线飞行。

技术方案：首先通过对四旋翼无人机硬件系统进行分析，对所需无人机模型进行功能分析和结构选型，确定其机身主体、动力系统、控制系统、通讯链路，然后通过三维建模软件进行建模。接着基于matlab对选取的控制算法如pid、backstepping进行仿真及图像结果分析,再进行比较，进而优化无人机的控制。在四旋翼无人机的飞行方式和飞行原理的基础上，通过对其受力分析和力矩分析，选择适合的方法进行姿态角求解，对无人机的运动状态进行数学描述，并且依据运动学、力学相关的物理定律，无人机的线加速度方程、角加速度方程，动力学方程等对飞行器的运动规律建立数学模型。接着建立算法结构，输入三个目标位置x、y、z和偏航角，通过位置控制回路和姿态控制回路的算法计算，得出四个旋翼的升力和相应的角速度，进而实现对无人机的实时控制。在完成控制系统设计的基础上，使用matlab/simulink软件进行仿真，仿真模拟无人机上固连加速度计、陀螺仪、磁力计得到的数据进行分析，对估计算法的精度进行验证。

3. 研究计划与安排

3.1-3.15 阅读文献，了解四旋翼无人机的原理、结构及控制系统，完成开题报告和外文翻译。

3.16-3.26 森林火灾监测无人机系统设计，结构设计，三维建模，完成中期报告 ，理清控制系统设计的逻辑，建立数学模型。

3.26-4.26 森林火灾监测无人机控制系统设计，并进行仿真，出设计的二维工程图。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]shushuai li, yaonan wang, jianhao tan, yan zheng, adaptive rbfnns/integral sliding mode control for a quadrotor aircraft,neurocomputing,volume 216,2016,pages 126-134,issn 0925-2312,

[2]d. wu, h. du and w. zhu, "finite-time position tracking control of a quadrotor aircraft," 2017 36th chinese control conference (ccc), dalian, 2017, pp. 737-742. doi: 10.23919/chicc.2017.8027431

[3]jing-jing xiong, en-hui zheng,position and attitude tracking control for a quadrotor uav,isa transactions,volume 53, issue 3,2014,pages 725-731,issn 0019-0578.