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標(biāo)題: 瑞薩R7F0C014四軸飛行器設(shè)計(jì)資料（共27頁(yè)pdf下載） [打印本頁(yè)]

作者: df443474165 時(shí)間: 2018-11-14 11:11
標(biāo)題: 瑞薩R7F0C014四軸飛行器設(shè)計(jì)資料（共27頁(yè)pdf下載）
瑞薩R7F0C014 四軸飛行器設(shè)計(jì)資料，文檔設(shè)計(jì)說(shuō)明稿件

1.1 四軸飛行器原理介紹
四軸飛行器通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。結(jié)構(gòu)上，本次應(yīng)用中使用四軸飛行器的飛行模式是 X 模式，如圖“圖 1.1”所示，四軸飛行器的四個(gè)電機(jī)一對(duì)正轉(zhuǎn)，一對(duì)反轉(zhuǎn)使得垂直方向旋轉(zhuǎn)的反扭矩平衡, 從而保證了飛行的穩(wěn)定。四軸飛行器可以用作航拍、玩具等，在我們生活中已經(jīng)越來(lái)越常見。

四軸飛行器的基本飛行狀態(tài)可以分為：垂直飛行、水平飛行（俯仰和翻滾）、偏航飛行，分別如“圖 1.2”
所示。

（1）垂直飛行：如下圖（a）所示，同時(shí)增加或減少四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，四軸飛行器則會(huì)垂直上升或下降。
（2）水平飛行：如下圖（b）所示，增加兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如電機(jī) M1 和 M4，同時(shí)減少另兩個(gè)電機(jī) M2和 M3的轉(zhuǎn)速，則四軸飛行器將向右飛行，同理可得向前、向后、向左方向的飛行方式。
（3）偏航飛行：如下圖（c）所示，增加兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如電機(jī) M1 和 M3，同時(shí)減少另兩個(gè)電機(jī) M2和 M4的轉(zhuǎn)速，則四軸飛行器將順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，同理可得逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)的飛行方式。

1.2 PID平衡控制
對(duì)于四軸飛行器平衡控制算法中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速并不是單獨(dú)由油門來(lái)決定，而是以油門為基準(zhǔn)整合上空間三軸俯仰（Pitch）、翻滾（Roll）和偏航（Yaw）的控制量來(lái)決定，如下公式所示。
例如，四軸飛行器機(jī)頭向下傾斜時(shí)（對(duì)應(yīng)俯仰），為了達(dá)到平衡，電機(jī) 3和電機(jī) 4增大轉(zhuǎn)速，電機(jī) 1和電機(jī) 2減小轉(zhuǎn)速，此時(shí)俯仰控制量應(yīng)該向負(fù)增大（控制量的正負(fù)由姿態(tài)芯片 MPU6050擺放決定）。

由于實(shí)際偏航角（Yaw）無(wú)法由 MPU6050 測(cè)得，需要用電子羅盤，但是電子羅盤在四個(gè)電機(jī)的電磁作用下，精度受影響較大，所以上式中偏航（Yaw）控制量去除比例項(xiàng)，僅由微分項(xiàng)得到。 MPU6050的姿態(tài)刷新頻率約為 10ms一次。

1.3 定高控制
高度的采集通過(guò)超聲波模塊 HC-SR04 實(shí)現(xiàn)，由于測(cè)量距離的限制（約 2cm-120cm），本系統(tǒng)僅適用于室內(nèi)低空飛行，默認(rèn)高度設(shè)定為 60cm。
定高部分算法，根據(jù)超聲波檢測(cè)的距離進(jìn)行 PID控制，定高控制的輸出量與初始油門（由機(jī)身本身的重力和當(dāng)前電池電量決定）疊加作為當(dāng)前油門，從而不斷調(diào)節(jié)四軸飛行器油門值來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直方向上的定高，而水平方向由于缺少 GPS相關(guān)模塊，未能得到進(jìn)行水平方向的控制量，所以本系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的懸停。超聲波模塊 HC-SR04置于四軸飛行器底部，高度刷新頻率約為 50ms一次。

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