文档介绍：班级:学号:姓名:XXX四轴飞行器运动控制系统设计目录                                器件清单列表    模块的介绍     MPU6050模块   STM32芯片   电调        姿态控制系统功能        ,有四个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。和固定翼飞机不同,它通过旋翼提供的推力使飞机升空。它的四个旋翼大小相同,分布位置接近对称。对于简单的设计来说,仅仅通过调整不同旋翼之间的相对速度来调节不同位置的推力,并克服每个旋翼之间的反扭力矩,就可以控制飞机维持姿态、或完成各种机动飞行。这一点和直升机不同,常见的直升机有两个旋翼,尾桨只起到抵消主旋翼产生的扭矩,控制飞机偏航运动的功能。早期飞机设计中,四轴飞行器被用来解决旋翼机的扭矩问题。主副旋翼的设计也可以解决扭矩问题,但副旋翼不能提供升力,效率低。且使用尾桨的设计在结构上比使用多旋翼要复杂很多。因此四轴飞行器是最早的一批比空气重的垂直起降飞行器。但是早期的型号性能很差,难于操控和大型化。尤其是油门的控制难以做到精确和迅速。更加上传统的直升机构型在巡航时的效率要优于四轴飞行器。故此在直升机的技术问题得以解决后,四轴飞行器迅速从飞行器设计方式中销声匿迹了。近来四轴飞行器在无人机领域获得了新生。使用电传飞行控制系统以及油门响应速度迅速的电动机作为动力系统,克服了四轴飞行器的主要缺点。四轴飞行器飞行稳定,操控灵活,可以在户内和户外使用。和直升机相比,它有许多优点:它的旋翼角度固定,结构简单。每个旋翼的叶片比较短,叶片末端的线速度慢,发生碰撞时冲击力小,不容易损坏,对也人更安全。有些小型四轴飞行器的旋翼有外框,避免磕碰。因为四轴飞行器体积小、重量轻,携带方便,能轻易进入人不易进入的恶劣环境。常用来制作模型,也用来执行航拍电影取景、实时监控、地形勘探等飞行任务。本文主要就小型电动四轴飞行器,介绍对四轴飞行原理,重点讲解对其飞行姿态控制的实现方案。,电机1和电机3逆时针旋转的同时,电机2和电机4顺时针旋转,因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。,四旋翼飞行器有下列优势:各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反,因此当电机1和电机3逆时针旋转的同时,电机2和电机4顺时针旋转,可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四旋翼飞行器在空间共有6个自由度(分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作),这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。其基本运动状态分别是:(1)垂直运动;(2)俯仰运动;(3)滚转运动;(4)偏航运动;(5)前后运动;(6)侧向运动;(1)在飞行过程中它不仅受到各种物理效应的作用,还很容易受到气流等外部环境的干扰,很难获得其准确的性能参数。(2)微型四旋翼无人飞行器是一个具有六个自由度,而只有四个控制输入的欠驱动系统。它具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性,使得飞行控制系统的设计变得非常困难。(3)利用陀螺进行物体姿态检测需要进行累计误差的消除,怎样建立误差模型和通过组合导航修正累积误差是一个工程难题。这三个问题解决成功与否,是实现微型四旋翼无人飞行器自主飞行控制的关键,具有非常重要的研究价值。(1)垂直运动——在图中,因有两对电机转向相反,可以平衡其对机身的反扭矩,当同时增加四个电机的输出功率,旋翼转速增加使得总的拉力增大,当总拉力足以克服整机的重量时,四旋翼飞行器便离地垂直上升;反之,同时减小四个电机的输出功率,四旋翼飞行器则垂直下降,直至平衡落地,实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时,在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时,飞行器便保持悬停状态。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。(2)俯仰运动——在图(b)中,电机1的转速上升,电机3的转速下降,电机2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变,旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。由于旋翼1的升力上升,旋翼3的升力下降,产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转(方向如图所示),同理,当电机1的转速下降,电机3的转速上升