四軸飛行器如何起飛的原理

1、發(fā)燒友資料四軸飛行器如何起飛的原理四軸飛行器的螺旋槳與空氣發(fā)生相對(duì)，產(chǎn)生了向上的升力，當(dāng)升力大于四軸的重力時(shí)四軸就可以起飛了。四軸飛行器飛行過程中如何保持水平：我們先假設(shè)一種理想狀況：四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是完全相同的是不是我們四軸飛行器的四個(gè)電機(jī)保持同樣的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)（升力剛好抵消重力）四軸就可以平穩(wěn)的飛起來了呢？是的，由于四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)向相同，四軸會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。我們四軸電機(jī) 1和電機(jī) 3 同向，電機(jī) 2 電機(jī) 4 反向，剛好抵消反扭矩，巧妙的實(shí)現(xiàn)了平衡：實(shí)際上由于電機(jī)和螺旋槳本身的差異我們無法做到四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速完全相同，如果我們想到要用同樣的轉(zhuǎn)速很有可能飛行器起飛之后就側(cè)翻了。這時(shí)候大家可

2、能會(huì)器來電機(jī)，我們來嘗試一下：由于電機(jī)的不平衡，在人眼的觀察下發(fā)現(xiàn)飛機(jī)向右側(cè)翻，我們右側(cè)電機(jī) 1電機(jī) 2 提高轉(zhuǎn)升力，飛機(jī)歸于平衡。由于 飛機(jī)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在接下來我們會(huì)一直重復(fù)：觀察->大腦計(jì)算->->觀察->大腦計(jì)算->這個(gè)過程。發(fā)燒友資料但事實(shí)上這是不可能的，因?yàn)槿藷o法長(zhǎng)時(shí)間精確的同時(shí)四個(gè)電機(jī)。我們需要一個(gè)自動(dòng)反饋系統(tǒng)替代人操作來完成飛機(jī)的自，我們?nèi)酥恍枰w機(jī)的方向和高度就可以了。這個(gè)系統(tǒng)中反饋由姿態(tài)傳感器替代眼睛，而大腦則由單片機(jī)來替代。這時(shí)候該 PID系統(tǒng)出場(chǎng)了！什么是 PID?PID器由偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）來對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行，是應(yīng)用

3、最的一種自動(dòng)器。· 比例（P）比例是一種最簡(jiǎn)單的方式。其器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例輸出穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。· 積分（I）發(fā)燒友資料在積分中，器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積 分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到

4、等于零。因此，比例+積分(PI)器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。 積分項(xiàng)輸出：·微分（D）微分調(diào)節(jié)就是偏差值的變化率。使用微分環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的超前入偏差值線性變化，則在調(diào)節(jié)器輸出側(cè)疊加一個(gè)恒定的調(diào)節(jié)量。大部分。如果輸系統(tǒng)不需要調(diào)節(jié)微分時(shí)間。因?yàn)橹挥袝r(shí)間滯后的系統(tǒng)才需要附加這個(gè)參數(shù)。如果畫蛇添足加上這個(gè)參數(shù)反而會(huì)使系統(tǒng)的受到影響。微分項(xiàng)輸出：綜上所述得到一個(gè)一條公式，這個(gè)就是模擬 PID：而 PID 中又可以只使用 PI 項(xiàng)比例-積分器，使用 PD 項(xiàng)比例-微分控制器。在 Crazepony 四軸飛行器中我們使用了增量式 PD為例：，以 ROLL 方向角度·測(cè)得 R

5、OLL 軸向偏差：l ;<code>偏差=目標(biāo)期望角度-傳感器實(shí)測(cè)角度 DIF_ANGLE.X = EXP_ANGLE.X - Q_ANGLE.Ro發(fā)燒友資料比例項(xiàng)的計(jì)算：··微分項(xiàng)計(jì)算： 由于陀螺儀測(cè)得的是 ROLL 軸向旋轉(zhuǎn)角速率，角速率積分就是角度，那么角度微分即角速率，所以微分量剛好是陀螺儀測(cè)得的值。·整合結(jié)果總輸出為：ROLL和 PIT 軸向按照以上公式計(jì)算 PID 輸出，但 YAW 軸比較特殊，因?yàn)槠浇欠ň€方向剛好和地球重力平行，這個(gè)方向的角度無法由度計(jì)直接測(cè)得，需要增加一個(gè)羅盤來替代度計(jì)。如果不使用羅盤的話，我們可以單純的通過角速度積分

6、來測(cè)得偏航角，缺點(diǎn)是由于積分環(huán)節(jié)中積分漂移，偏航角隨著時(shí)間的推移會(huì)偏差越來越大。我們不使用羅盤就沒有比例項(xiàng)，只僅使用微分環(huán)節(jié)來。<code>ROLL 方向總量=比例項(xiàng)輸出+微分量輸出Ox;<code>微分輸出=微分系數(shù) D*角速率 DifferentialCoefficient = PID_Motor.D * DMP_DATA.GYR<code>比例項(xiàng)輸出 = 比例系數(shù) P * 偏差 Proportion = PID_Motor.P * DIF_ANGLE.X;發(fā)燒友資料YAW 軸輸出：··電機(jī)的輸出： 油門Throttle 是電機(jī)輸出的

7、基準(zhǔn)值，增加油門即可提高四軸高度。最后整合 ROLL/PIT/YAW 三軸輸出量進(jìn)行電機(jī)：如圖四軸繞 ROW 軸向右下傾斜 5 度，那么電機(jī) 1 電機(jī) 2 應(yīng)該提高升力，電機(jī) 3電機(jī) 0 減小升力恢復(fù)平衡狀態(tài)，所以有以下規(guī)則：···Roll 方向旋轉(zhuǎn)，則電機(jī) 1 電機(jī) 2 同側(cè)出力，電機(jī) 0 電機(jī) 3 反向出力Pitch 方向旋轉(zhuǎn)，則電機(jī) 2 電機(jī) 3 同側(cè)出力，電機(jī) 0 電機(jī) 1 反向出力Yaw 方向旋轉(zhuǎn)，則電機(jī) 1 電機(jī) 3 同側(cè)出力，電機(jī) 0 電機(jī) 2 反向出力4 Motor1 = (int16_t)(Thr + Pitch - Rol + Yaw );/M2+ Pitch + Roll - Yaw );/M1 Motor3 = (int16_t)(Thr - Pitch + Roll + Yaw );/M<code>Motor2 = (int16_t)(T