This study stems from the audacious assumption that two bachelor students could successfully construct a functional quadcopter from scratch, covering both software and hardware aspects. The project begins by establishing a foundation for modeling the quadcopter dynamics, including derivation and linearization techniques for implementing a linear quadratic regulator (LQR). To validate the model, a MATLAB simulation environment is developed, providing valuable qualitative insights for hardware selection and a holistic understanding of the quadcopter system.

Moving beyond simulation, the implementation phase involves selecting hardware components based on simulation results, consultation, and practical considerations. CAD modeling is utilized for 3D printing, post-processing, and assembly, resulting in a physical drone. Extensive experimentation and programming are conducted to enhance the robustness of sensors, while the challenges posed by radio modules are addressed through message splitting techniques and the development of a software architecture that leverages the computational power of a laptop.

With the fundamental functions in place, efforts focus on approximating the idealized model. While the BNO055 effectively approximates six of the twelve states, accurate estimation of the remaining six states, hence position and velocity in all three degrees of freedom, proves challenging. Incorporating a GPS, barometer, and sensor fusion techniques is explored but does not yield satisfactory results due to velocity drift and slow position updates.

Although this report does not demonstrate the performance of a fully functional flying quadcopter, it provides practical solutions to the challenges encountered during the construction process. These solutions offer valuable insights and compensate for the initial ambitious goals. The subsequent sections of the report analyze the encountered issues, draw conclusions about quadcopter theory, and propose avenues for future development.

Denna studie utgår från det djärva antagandet att två kandidatstudenter framgångsrikt skulle kunna konstruera en fungerande quadcopter från grunden, inklusive både mjukvaru- och hårdvaruaspekter. Projektet inleds med en förklaring som lägger grunden för modelleringen av quadcopterns dynamik, inklusive härledning och linjäriseringstekniker för att implementera en linjär kvadratisk regulator (LQR). För att validera modellen utvecklas en MATLAB-simuleringsmiljö som ger värdefulla kvalitativa insikter för val av hårdvara och en helhetsförståelse för quadcoptern som system.

Utöver simuleringen genomförs en implementationsfas som innebär att välja hårdvarukomponenter baserat på simuleringsresultat, konsultation och praktiska överväganden. CAD-modellering används för 3D-utskrift, efterbehandling och montering, vilket resulterar i en fysisk drönare. Omfattande experimentering och programmering utförs för att förbättra robustheten hos sensorerna, medan utmaningarna med radiosändarmodulerna hanteras genom meddelandesplittringstekniker och bristen på beräkningskraft och minne hanteras genom att utföra reglertekniska beräkningar hos datorn istället för hos drönaren.

När de grundläggande funktionerna är på plats lades ansträngning på att så nogrannt som möjligt nå den idealiserade modellen. Även om BNO055 effektivt approximerar sex av de tolv tillståndsvariablerna visar sig noggrann uppskattning av de återstående sex, det vill säga position och hastighet i alla tre frihetsgrader, vara utmanande. Att inkludera GPS, barometer och tekniker för sensorfusion undersöks men ger inte helt tillfredsställande resultat på grund av hastighetsdrift och långsamma positionsuppdateringar.

Även om denna rapport inte visar prestandan hos en fullt fungerande flygande quadcopter, ger den praktiska lösningar på de utmaningar som uppstod under konstruktionsprocessen. Dessa lösningar erbjuder värdefulla insikter och kompenserar för de ursprungliga ambitiösa målen. De efterföljande avsnitten i rapporten analyserar de påträffade problemen, drar slutsatser om quadcopter-teori och förelår möjliga utvecklingsvägar framåt.