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瑞萨R7F0C014四轴飞行器设计资料(共27页pdf下载)

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瑞萨R7F0C014 四轴飞行器设计资料,文档设计说明稿件


1.1  四轴飞行器原理介绍
四轴飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速,实现升力的变化,从而控制飞行器的姿态和位置。结构上,本次应用中使用四轴飞行器的飞行模式是 X 模式,如图“图 1.1”所示,四轴飞行器的四个电机一对正转,一对反转使得垂直方向旋转的反扭矩平衡, 从而保证了飞行的稳定。四轴飞行器可以用作航拍、玩具等,在我们生活中已经越来越常见。


四轴飞行器的基本飞行状态可以分为:垂直飞行、水平飞行(俯仰和翻滚)、偏航飞行,分别如“图 1.2”
所示。

(1)垂直飞行:如下图(a)所示,同时增加或减少四个电机的转速,四轴飞行器则会垂直上升或下降。
(2)水平飞行:如下图(b)所示,增加两个电机的转速,如电机 M1 和 M4,同时减少另两个电机 M2和 M3的转速,则四轴飞行器将向右飞行,同理可得向前、向后、向左方向的飞行方式。
(3)偏航飞行:如下图(c)所示,增加两个电机的转速,如电机 M1 和 M3,同时减少另两个电机 M2和 M4的转速,则四轴飞行器将顺时针偏转,同理可得逆时针偏转的飞行方式。

1.2  PID平衡控制
对于四轴飞行器平衡控制算法中,电机的转速并不是单独由油门来决定,而是以油门为基准整合上空间三轴俯仰(Pitch)、翻滚(Roll)和偏航(Yaw)的控制量来决定,如下公式所示。
例如,四轴飞行器机头向下倾斜时(对应俯仰),为了达到平衡,电机 3和电机 4增大转速,电机 1和电机 2减小转速,此时俯仰控制量应该向负增大(控制量的正负由姿态芯片 MPU6050摆放决定)。

由于实际偏航角(Yaw)无法由 MPU6050 测得,需要用电子罗盘,但是电子罗盘在四个电机的电磁作用下,精度受影响较大,所以上式中偏航(Yaw)控制量去除比例项,仅由微分项得到。 MPU6050的姿态刷新频率约为 10ms一次。

1.3  定高控制
高度的采集通过超声波模块 HC-SR04 实现,由于测量距离的限制(约 2cm-120cm),本系统仅适用于室内低空飞行,默认高度设定为 60cm。
定高部分算法,根据超声波检测的距离进行 PID控制,定高控制的输出量与初始油门(由机身本身的重力和当前电池电量决定)叠加作为当前油门,从而不断调节四轴飞行器油门值来实现垂直方向上的定高,而水平方向由于缺少 GPS相关模块,未能得到进行水平方向的控制量,所以本系统只能实现简单的悬停。 超声波模块 HC-SR04置于四轴飞行器底部,高度刷新频率约为 50ms一次。


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设计分析.pdf (2.08 MB, 下载次数: 21)


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沙发
272993740 发表于 2019-2-6 14:25 | 只看该作者
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