《DIY四轴飞行器》读书笔记1
内容整理于黄和悦的《DIY四轴飞行器》。
一、四轴飞行器概述
1、四轴飞行器的现状
(1)研究内容
- 多级协作,自主飞行倾斜;
- 最优控制理论,飞行器自主飞行和避障;
- 主要是飞控部分。
(2)特点
- 无刷电机(直流输入,三相电输出);
- 惯性较小,运动状态极易改变,需要很高的控制频率。
- 姿态检测和控制。
2、力学原理和控制框图
(1)力学原理
- X模式,+模式。
- 力的合成和分解,空气转动扭矩的反向性。
- 相邻电机转动方向相反。
(2)坐标系
- 机体坐标系,当四轴倾斜时,此坐标系和大地坐标系不再重合。
- XYZ轴和各个旋转轴之间符合右手螺旋定则,XYZ坐标系上面的旋转方向命名为俯仰、横滚、偏航。用角度来表示。
- 所谓四通道,即上下油门、左转右转、前后运动、左右运动。
- 飞行器控制框图。
二、四轴飞行器的组成和各部分功能
1、结构框图
(1)遥控器和接收器
- 接收器输出的是50Hz的PWM波,用占空比数值来表示遥控器摇杆的位置。
- 这些是由我们来控制,如果是视觉控制,自主导航类的四轴,目标姿态则又不同了。
(2)姿态检测单元
- 陀螺仪:检测四轴绕着Pit,Rol,Yaw三个方向的旋转角速度的器件;
- 加速度计:检测沿着XYZ三个轴的线性加速度的器件;
- 磁强计:即电子罗盘,用于测定于地磁南北极的夹角,从而知道机体坐标系和大地坐标系的偏差。
- 气压计:知道四轴周围的气压,从而知道绝对高度,起到稳定高度的作用。
- 可见前三者各有三个轴向的数据采集,加上气压计采集的一个高度数据,包含以上单元的姿态检测单元称为10DOF,即10轴传感单元。
(3)处理器
- 对姿态单元检测到的数据进行处理和计算,得到当前四轴的准确姿态;
- 对预期姿态和当前的真实值进行对比,计算出误差,并输入到PID调节器,最终解算出四个电机的转速;
- 而转速数据以四路PWM波的形式输送到电机驱动和电机中。
(4)调试器
- 调试器将程序下载到处理器中;
- 结合适当的PC程序,可以观测四轴算法计算出来的各种数据。
(5)电机驱动器和电机
- 在较大四轴飞行器中,一般采用无刷电机,配合无刷电机驱动器(俗称电调),要求50Hz的PWM波,占空比为5%~10%。
- 在微型四轴飞行器中,一般采用有刷电机,配合MOS管即可,无需按照电调的范围调节占空比、频率,而是可以自定义。
2、遥控器
(1)2.4G遥控器
- 对码
- 发射机通道和反向设计
(2)蓝牙/安卓遥控
3、电机和驱动
(1)无刷电机(属于外转子机)
(2)电压(将一节锂电池的3.7v称作1S)
(3)电调(MOS管配合单片机组成,将直流电转化为三相驱动电流)
(4)油门行程:当占空比变化1%时,电调控制电机转速对应多少变化。
4、机架
5、电池
(1)电池的C数(指的是最大放电倍率)
(2)电池的容量
6、飞控
接收遥控器信号
计算当前姿态,与预设姿态比较,输入PID调节器(这个是在处理器中?)
输出PWM(到电调?),用占空比控制电机。
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