为什么说悬停控制四轴飞行器控制与信息工程中最困难的部分?

21ic官方微信-->
四轴飞行器制作及调试经验
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
第一节 四轴飞行器的结构 四轴飞行器由四个高速电机(M1、M2、M3、M4)带动两对正反桨提供飞行动力,四个电机前后、左右对称分布在机体四个顶点上,四个螺旋桨处于同一平面,且四个螺旋桨的尺寸相同,对角线上的两个电机分为一组,每组电机旋转方向相同,两组电机的旋转方向相反,分别安装正桨和反桨,由此可以抵消反扭力矩。根据四轴飞行器飞行过程中定义的机头方向不同,可分为“十”型飞行模式和“X”型飞行模式两种。如图<font color="#-1和图<font color="#-2所示。四轴飞行器机架中部空间为飞行器的控制核心,犹如人体的大脑,安装飞行控制单片机和一些用于检测飞行姿态的传感器。飞行过程中只需改变四个旋翼的转速即可实现前后,左右,上下,水平左右旋转,甚至<font color="#0度翻转等各种复杂运动。 第二节 四轴飞行器的各个重要部件 & &四轴飞行器主要由四个电机(M1、M2、M3、M4),两对正反桨、四个电子调速器(ESC),简称电调、主控板和通信模块组成。主控板中包含陀螺仪,加速度传感器,气压计,磁传感器等各种用于飞行控制的传感器。电源一般选用高倍率锂电池,悬挂于中下部。其电气连接如图<font color="#-3所示。
&&& && &&&图<font color="#-3四轴飞行器电气连接& &
一、电机&&直流无刷电机& & 直流有刷电机的最大特点在于,电机内部有电刷和换向器,电刷和换向器的使得有刷电机需要定期维护。[而且电刷的摩擦会产生电火花和电磁干扰,因此在一些特殊场合是无法使用有刷电机的。相对直流有刷电机,直流无刷直流电机是没有电刷,使他们几乎不需要维护,无刷直流电机不会产生电火花和电磁干扰,其可以在危险的操作环境(易燃品)中使用。无刷直流电机还有良好的重量/尺寸功率比,具有较小的转动惯量,线圈被连接到定子上。换向是由电子器件控制,换向时间、通过位置由传感器或者线圈反电动势的测量提供。在搭建四轴飞行器时我们要考虑两方面因素,首先是无刷电机的机械结构:包括外形尺寸,外径、长度、轴径、重量等;另一方面就是无刷电机的电气指标,电压范围、最大电流等。在衡量无刷电机电气特性时有一个重要的电气指标,就是KV值。KV值的物理学意义是每增加<font color="#V电压,增加的转速。单位:rmp/V,用于衡量电机转速对电压增加的敏感度。例如KV1800的电机,那么每增加<font color="#V的电压,电机每分钟转速提高<font color="#00转。二、桨四轴飞行器为了抵消由于桨旋转而产生的扭矩,相邻两个的桨旋转方向是反向的,因此这就需要正反桨。正反桨的动力都向下,在满足动力下的情况下,顺时针旋转的叫正浆、逆时针旋转的是反浆。用于四轴飞行器的主要有三叶桨和两叶桨。从尺寸上来说。常见的是大两叶桨,小三叶桨。在实际情况中,如果使用高KV的电机配大桨,因为电机转动力量不够,那么动力输出就很困难,实际上电机还是被迫保持低速运转,长时间运转下电机和电调很容易烧毁。如果低KV的电机配小桨,可以正常运行,但是由于转速太低,桨无法提供足够的升力,四轴飞行器根本无法起飞。表<font color="#-1就提供了郎宇X2212 KV980电机搭配不同尺寸和不同输入电压下的一些测试数据。测试发现,KV980电机,配<font color="#47的两叶桨,效率最高。
四、机架(一)机架的机械结构& & 四旋翼飞行器机架在设计时,首先自身要尽量保持对称,保证重心的位置,其次才能保证后续电气元件安装的顺利进行。机架的重心应调整至与各旋翼产生相同大小拉力时的“合力”点上,这样,四轴飞行器在悬停时就能保持相同的拉力,从而转速也相差不多。然而如果重心偏离了合力点,四轴飞行器悬停时飞控需要改变四个电机的差速,从而改变电机拉力的大小,来平衡由于合力点相对重心的偏移而产生的扭矩,偏移距离越大,需要调节的速度差越大,而四旋翼飞控正是通过转速差来修正姿态的,悬停时若存在速度差,会导致姿态修正能力下降(因为拉力组合变化范围变小了)。因此,在设计机架时,首先要找到其合力点,最后要通过调整设备安装位置将重心调整到这个点。五、电源& & 上文提到伦敦大学玛丽皇后学院的同学成功制作了一台利用太阳能电池板供电的四轴飞行器,但是其飞行的动作幅度,和负载能力,会受到很大的限制。目前绝大多数四轴飞行器采用的是高倍率锂离子电池供电。& & 单节锂电池的标称电压为<font color="#.7V,通常锂电充满电,大概会是<font color="#.2V,放完电,大概会是<font color="#.0V。另外电池容量也是有一定设计限度的,所以,通常将单节锂电池进行串联、并联处理,来满足不同场合的需求。单节锂电池称为<font color="#S,两节锂电池串联称为<font color="#S,电压为<font color="#.4V,以此类推。& & 通常半径在<font color="#0mm的四轴飞行器采用的的是<font color="#00mAh,<font color="#S、<font color="#C的倍率电池,其标称电压为<font color="#.1V,最大放电电流可达到<font color="#A。(六)主控板(飞控)& & 飞控是四轴飞行器的控制核心,犹如人的大脑,飞控用来保持四轴飞行器的飞行稳定,发出指令改变四轴飞行器的飞行姿态,其性能的优劣直接决定了四轴飞行器的性能。随着电子硬件的快速发展,目前对飞控的研究主要集中在软件算法上。目前常见的飞控有KK、KK flycam、NAZA-M、MWC、APM、玉兔、FF等等,其中大部分是开源项目,很多模友共同交流、开发,为飞控性能的提升做出了很大的贡献。陀螺仪、加速度传感器、大气压传感器、磁传感器在四轴飞行器中的作用可以概括为:1、陀螺仪输出的是角速度,这就需要对角速度进行时间积分计算角度,这样我们可以知道四轴飞行器在某一段时间内的角度变化。由于陀螺仪的的测量基准是自身,没有系统外的绝对参照物,积分时间又不可能无限小,所以积分的累积误差会随着时间流逝迅速增加,最终导致输出角度与实际不符,所以陀螺仪只能工作在相对较短的时间内。2、加速度测量的是重力方向,有系统外绝对参照物“重力轴”,在无外力加速度的情况下,能准确输出四轴飞行器ROLL/PICH两轴姿态角度。但是加速度传感器实际上是用MEMS技术检测惯性力造成的微小形变,而惯性力与重力本质就是一样的,所以它就不会区分重力加速度与外力加速度,当四轴飞行器在三维空间做变速运动时,它的输出就不正确了。结合陀螺仪和加速度传感器各自的优缺点,我们只要给陀螺仪加上加速度传感器提供的绝对的水平和航向参考。就能准确反映四轴飞行器的姿态变化。<font color="#、大气压传感器是用来测量四轴飞行器的飞行高度的,作用是让四轴飞行器能够实现定高飞行。为了测量海拔高度时,传统的测量方法是通过测量某一高度的大气压力,再经过数学计算得到海拔高。4、磁场传感器的主要作用给四轴飞行器提供一个方向的基准。四轴飞行器在设计上依靠调节四个电机的转速,来达抵消扭矩,这就需要是利用地球南北极磁场提供一个基准。如果不使用磁场传感器,四轴飞行器在悬停时,会自我旋转,无法保持机头的锁定。
四轴飞行器稳定飞行的前提是获取自身姿态数据,在第二章、第二节中我们介绍了MWC开源固件,在接下来的调试中就是基于MWC固件进行四轴飞行器的参数调整。我们的硬件采用的是MultiWii StandardEdition(SE) v2.0,基于Arduino Pro Mini设计,使用ATmega328P单片机。获取姿态数据的核心传感器是MPU6050。第三节 四轴飞行器PID控制算法一、PID控制原理PID调节器是一种线性调节器,它将输入量r(t)与实际输出量c(t)的差值的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量,对控制对象进行控制。PID各校正环节的作用& & 比例环节P:当控制系统产生偏差时,调节器立即产生作用,按照比例的控制系统偏差,以达到消除偏差的作用。& & 积分环节I:主要用于消除静差,为了维持一定的输出,比例调节不可能完全消除误差,积分环节的作用就是对这个静差进行积分使输出继续增大或减小,一直到误差为零。& & 微分环节D:微分作用体现的是系统的前瞻性,有效的预测误差的变化趋势。在并偏差信号的变得太大之前,在系统中引入一个有效的修正信号,从而加快系统的相应速度,减小调节时间。二、位置式PID和增量式PID(一)位置式PID
&&& && && && &
& & 位置式PID主要用于计算机的输出u(k)直接控制执行的机构,如控制一个电液伺服阀,u(k)的值与电液伺服阀的阀门开度一一对应。(二)增量式PID
&&& && &&&
& & 增量式PID中计算机的输出只是控制量的增量Δu(k),而不是执行机构的实际位置,因此要求执行机构必须具有对控制量增量的累积功能,才能完成对被控对象的控制操作。三、四轴飞行器的PID控制原理& & 在4.2节中对陀螺仪和加速度传感器的数据进行采集,能够得到四轴飞行器的机体坐标系和惯性坐标系的相对角度变化,即能够通过对四轴飞行器的角度控制完成飞行控制过程,实现飞行器的稳定飞行。根据四轴飞行器的控制特点,我们每次只是在已有位置基础长改变控制量的增量,因此我们采用采用位置式PID控制。
中级技术员, 积分 153, 距离下一级还需 147 积分
中级技术员, 积分 153, 距离下一级还需 147 积分
中级技术员, 积分 153, 距离下一级还需 147 积分
中级技术员, 积分 153, 距离下一级还需 147 积分
看不到图。。。
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
实习生, 积分 3, 距离下一级还需 47 积分
木有图片啊啊啊……
初级技术员, 积分 52, 距离下一级还需 48 积分
初级技术员, 积分 52, 距离下一级还需 48 积分
初级技术员, 积分 52, 距离下一级还需 48 积分
初级技术员, 积分 52, 距离下一级还需 48 积分
图呢。。。。
中级技术员, 积分 238, 距离下一级还需 62 积分
中级技术员, 积分 238, 距离下一级还需 62 积分
中级技术员, 积分 238, 距离下一级还需 62 积分
中级技术员, 积分 238, 距离下一级还需 62 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
为什么看不了图
实习生, 积分 15, 距离下一级还需 35 积分
实习生, 积分 15, 距离下一级还需 35 积分
实习生, 积分 15, 距离下一级还需 35 积分
实习生, 积分 15, 距离下一级还需 35 积分
小哥,你这只有粘贴复制啊。。。
中级技术员, 积分 103, 距离下一级还需 197 积分
中级技术员, 积分 103, 距离下一级还需 197 积分
中级技术员, 积分 103, 距离下一级还需 197 积分
中级技术员, 积分 103, 距离下一级还需 197 积分
看不到图。
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
初级技术员, 积分 85, 距离下一级还需 15 积分
初级技术员, 积分 85, 距离下一级还需 15 积分
初级技术员, 积分 85, 距离下一级还需 15 积分
初级技术员, 积分 85, 距离下一级还需 15 积分
目前正在调试四旋翼,不知道如何着手,请问一下大神,使用的是角度和角速度串级控制
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
待业青年, 积分 -3, 距离下一级还需 3 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
实习生, 积分 6, 距离下一级还需 44 积分
求图啊~~难道弃楼了…
助理工程师, 积分 1737, 距离下一级还需 263 积分
助理工程师, 积分 1737, 距离下一级还需 263 积分
助理工程师, 积分 1737, 距离下一级还需 263 积分
助理工程师, 积分 1737, 距离下一级还需 263 积分
目前正在调试四旋翼,不知道如何着手,请问一下大神,使用的是角度和角速度串级控制
扫描二维码,随时随地手机跟帖
技术新星奖章
人才类勋章
您需要登录后才可以回帖
热门推荐 /6四轴飞行器
四轴飞行器怎么起飞_四轴飞行器原理 - 全文
  四轴飞行器又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机,简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器(Quadrotor)是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构,十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力,从而调整自身姿态。具体的技术细节在&基本运动原理&中讲述。因为它固有的复杂性,历史上从未有大型的商用四轴飞行器。近年来得益于微机电控制技术的发展,稳定的四轴飞行器得到了广泛的关注,应用前景十分可观。
  小型的四轴飞行器可以自由地实现悬停和空间中的自由移动,具有很大的灵活性。此外,因为它结构简单,机械稳定性好,所以成本低廉、性价比很高。主要的应用是玩具、航模,以及航拍,新的应用也在不断的拓展之中。
  四轴飞行器组成
  四轴飞行器由电机、电调、桨、机架、电池、充电器、遥控器、飞控板等部件组成。
  飞控板
  飞行控制器(飞控)是飞行器的大脑,飞控板上配置有中央处理器、姿态测量传感器、无线接收器等器件,飞控板完成自身稳定的飞行,并且它还要从接收器接受信号,并把信号传输给电调告诉它如何飞行,其中最困难的在于如何保持飞行器飞行的稳定性。为了保持稳定性,飞控板就需要各种各样的传感器完成自身的姿态解算并控制四个电机的输出动力,使自身保持稳定。
  电调的作用就是将飞控板的控制信号,转变为电流的大小,以控制电机的转速。因为电机的电流是很大的,通常每个电机正常工作时,平均有3A左右的电流,如果没有电调的存在,飞控板根本无法承受这样大的电流(另外也没驱动无刷电机的功能)。同时电调的BEC输出功能在四轴当中还充当了电压变化器的作用,将11.1v的电压变为5v为飞控板和遥控接收机供电。在四轴上,4个电调的正负极需要并联(红色连一起,黑色连一起),并接到电池的正负极上;电调3根黑色的电机控制线用于连接电机。
  正反桨
  四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋,相隔的桨旋转方向是不一样的,所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。适合顺时针旋转的叫正浆、适合逆时针旋转的是反浆。安装的时候,一定记得无论正反桨,有字的一面是向上的(桨叶圆润的一面要和电机旋转方向一致)。
  四轴飞行器自动控制原理
  典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾浆。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角,从而控制直升机的姿态和位置。四旋翼飞行器与此不同,是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。由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化,这样会导致其动力不稳定,所以需要一种能够长期确保稳定的控制方法。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直起降机,因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力,同时却有六个状态输出,所以它又是一种欠驱动系统。
  为了保持飞行器的稳定飞行,在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3轴加速度传感器组成惯性导航模块,可以计算出飞行器此时相对地面的姿态以及加速度、角速度。飞行控制器通过算法计算保持运动状态时所需的旋转力和升力,通过电子调控器来保证电机输出合适的力。
控制系统结构框图
  四轴飞行器运动原理
  如图所示,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。
  四轴飞行器是一个在空间具有6个活动自由度(分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作),但是只有4个控制自由度(四个电机的转速)的系统,因此被称为欠驱动系统(只有当控制自由度等于活动自由度的时候才是完整驱动系统)。不过对于姿态控制本身(分别沿3个坐标轴作旋转动作),它确实是完整驱动的。
  与直升机相比,四轴飞行器可以实现的飞行姿态较少,不过基本的前进、后退、平移等状态都可以实现。但是四轴飞行器的机械结构远远比直升机简单,维修和更换的开销也非常小,这让四轴飞行器有了比直升机更大的应用优势。
  垂直运动
  图(a)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。
  俯仰运动
  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转速改变量的大小应相等。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,机身便绕y轴向另一个方向旋转,实现飞行器的俯仰运动。
  滚转运动
  与图(b)的原理相同,在图(c)中,改变电机2和电机4的转速,保持电机1和电机3的转速不变,则可使机身绕x轴旋转(正向和反向),实现飞行器的滚转运动。
  偏航运动
  四旋翼飞行器偏航运动可以借助旋翼产生的反扭矩来实现。旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩,为了克服反扭矩影响,可使四个旋翼中的两个正转,两个反转,且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关,当四个电机转速相同时,四个旋翼产生的反扭矩相互平衡,四旋翼飞行器不发生转动;当四个电机转速不完全相同时,不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图(d)中,当电机1和电机3的转速上升,电机2和电机4的转速下降时,旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩,机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动,实现飞行器的偏航运动,转向与电机1、电机3的转向相反。因为电机的总升力不变,飞机不会发会垂直运动。
  前后运动
  要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动,必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图(e)中,增加电机3转速,使拉力增大,相应减小电机1转速,使拉力减小,同时保持其它两个电机转速不变,反扭矩仍然要保持平衡。按图(b)的理论,飞行器首先发生一定程度的倾斜,从而使旋翼拉力产生水平分量,因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。当然在图(b)图(c)中,飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿x、y轴的水平运动。
  侧向运动
  在图(f)中,由于结构对称,所以侧向飞行的工作原理与前后运动完全一样。
  四轴飞行控制算法
  四轴作为一个飞行控制系统,其本身是一个闭环控制系统,具有反馈调节功能,其主要控制过程分为姿态解算和控制过程两个步骤。
  (1)姿态解算:姿态解算是借助陀螺仪和加速度计传感器测量出系统坐标系的3个方向的角速度以及加速度,然后进行卡尔曼滤波做数据滤波+融合处理,最后用四元素算法或者是欧拉角公式求解出惯性坐标系下的俯仰角(pitch)、翻滚角(roll)、偏航角(yaw),这3个角度成为姿态角。
  (2)控制过程:控制过程就是飞控板不停进行姿态解算并算出来当前时刻的姿态角,然后通过控制算法计算出来当前时刻要对四个电机转速的控制值,最终使四轴是3个姿态角始终保持在设定的状态下。如果想要四轴处于悬停状态,只要把3个目标姿态角都设为0&就行了;如果想要四轴处于其他飞行状态,只要调整3个目标姿态角就可以了,四轴就会自动的变化到预设的飞行状态上去。控制算法还是用的PID比较多,不过不是传统的PID,而是对PID做了改进和优化处理了。
关注电子发烧友微信
有趣有料的资讯及技术干货
下载发烧友APP
打造属于您的人脉电子圈
关注发烧友课堂
锁定最新课程活动及技术直播
通俗点说就是拥有四个独立动力旋翼的飞行器,四轴飞行器是多轴飞行器其中的一种,常见的多轴飞行器有两轴,...
四轴飞行器又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机,简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器(Quadrotor)是一种...
四轴飞行器四个桨转动时的离心力是分散的。不象直机的桨,只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离...
一、项目概述 1.1 项目摘要 四轴飞行器具有不稳定,非线性特性,姿态控制为四轴飞行器控制系统的核心...
致力于亚太地区市场的领先半导体元器件分销商---大联大控股宣布,其旗下品佳推出基于Nuvoton(新...
现在我们来拆解的是更高端的20美元CX-10W——它能通过Wi-Fi连接将拍摄的图像在Android...
本设计是基于STM32F4的四轴航拍平台。以STM32F407为控制核心,四轴飞行器为载体,辅以云台...
目前,无人机显然已经成为例如国际消费类电子产品展(CES)等大型电子展览上的主力军。据统计,在CES...
日,北京讯—德州仪器(TI)近日推出了两款基于电路的子系统参考设计,可帮助制造商延...
四轴飞行器是一种利用四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行的飞行器。进入20世纪以来,电子技术飞速发展四...
四轴飞行器是由具有四个臂的多转子直升机,它每个臂的端部具有一个电机和一个螺旋桨。在某些方面它与直升机...
本文向读者介绍了如何DIY一个四轴飞行器并调试试飞的过程。
我们这篇无人机组装指导是针对初学者的,其中很多结构的制作和程序都是现成的,所以内容比较简单,你也不用...
驱动电路采用三相六臂全桥电路,MOSFET 作为开关元件,利用ATmega 16 单片机作为控制芯片...
如今无人机成为了展会最大的热点之一,大疆(DJI)、Parrot、3D Robotics、AirDo...
电子发烧友网核心提示:技术控dad玩潮技术,利用四轴飞行器联网智能手机远程监控,护送儿子坐上上学的b...
供应链服务
版权所有 (C) 深圳华强聚丰电子科技有限公司
电信与信息服务业务经营许可证:粤B2-四轴飞行器控制的稳定性、精度和什么有关?_百度知道
四轴飞行器控制的稳定性、精度和什么有关?
比如在网上看很多视频,不少飞行器飞行得挺不平衡,如果要能够在室内飞行,且可以稳定的穿过门、窗之类的相对比较小的空间。应该要注意些什么?另外网上看了不少悬停视频,虽说是悬停,但飞行器本身也有在动,而且动作幅度还不小、请问要尽量减小这动作幅度,...
我有更好的答案
NAZA飞控稳,超稳 就是贵
四轴这东西就是靠调
你说的飞行器在动 幅度小 我感觉这是正常 主要是看飞控会不会 自稳
配好的电调电机 和桨
效果就会好的
我的四轴在悬停的时候就会 不停的摇摆
但是会马上自动修复
为您推荐:
其他类似问题
您可能关注的内容
四轴飞行器的相关知识
&#xe675;换一换
回答问题,赢新手礼包&#xe6b9;
个人、企业类
违法有害信息,请在下方选择后提交
色情、暴力
我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。【图片】【原创】反馈控制在四轴飞行器动力学系统中的数学描述【物理吧】_百度贴吧
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&签到排名:今日本吧第个签到,本吧因你更精彩,明天继续来努力!
本吧签到人数:0成为超级会员,使用一键签到本月漏签0次!成为超级会员,赠送8张补签卡连续签到:天&&累计签到:天超级会员单次开通12个月以上,赠送连续签到卡3张
关注:373,673贴子:
【原创】反馈控制在四轴飞行器动力学系统中的数学描述收藏
首先声明:这不是科普,你们总嚷嚷着物吧到处都是初中生,不是想要学术高度么?那就来一点吧~另:强烈欢迎感兴趣的同学发表看法,如果有看不明白的地方,楼主会耐心解答的。本文主要探究了两个问题:1.利用反馈控制解决四旋翼飞行器在不平稳地面起飞的姿态角矫正问题2.利用反馈控制解决四旋翼飞行器的定高悬停问题 一、四旋翼飞行器的动力学方程与数学模型的建立
由于四旋翼飞行器就实际来说是一个非线性高耦合欠控制的系统,在建立数学模型时往往会忽略某些外界不稳定因素以及旋翼之间的相互作用等难以精准描述的影响,从而建立一个较为理想的动力学模型。
通常,首先定义两个坐标系,地坐标系与机身坐标系,其中地坐标系为以地面某个参考点为原点的的静止笛卡尔坐标系,机身坐标系为以四旋翼飞行器的几何中心为原点的动坐标系。对四旋翼飞行器的俯仰角,滚动角,偏航角的判断均基于机身坐标系与地坐标系基底之间的夹角。
通过对两个坐标系的基底方向运算,可以得到偏航角ɑ,俯仰角β,侧滚角θ对于地坐标系的方向余弦阵:则整体的机身坐标相对于地面坐标的变换矩阵为:
四旋翼飞行器的四个直流无刷电机提供机身的整体升力,由于忽略了四个旋翼之间的耦合,整体的升力可以表示为每个旋翼提供升力之和。即:Fa=F1+F2+F3+F4,则对于这么三个状态依据牛顿第二运动定律可以写出其坐标变换后的表达式:其中m为四旋翼飞行器的质量。
至此,已给出了机身线加速度的表达式,角加速度的也不难得出。依据角动量定理,写出关于偏航角ɑ,俯仰角β,侧滚角θ的表达式:
依据空气动力学原理,旋翼的升力F应当与其电机转速n的平方呈正比。即:F=kn^2令n*=√k n,在接下来的计算机仿真中,将直接利用n*来控制机身的各个状态。 二、四旋翼飞行器在不平稳地面起飞的问题
如若飞行器在稳定飞行之时遭遇障碍或风力影响失去稳定落入沙地等不平稳的地带,如何使得其自身重新平稳的起动飞行则是探究该问题的主要目的。
首先,建立飞行器在不平稳地面起飞的实际模型,由于飞行器是轴对称的,所以只考虑一个轴被倾斜的情况:
利用飞行器动力学方程中关于俯仰角的表达式,可以写出关于俯仰角β控制子系统的装态空间表达式:
分析该非线性子系统,给出系统矩阵A的特征方程:λ=0,可见该子系统是不稳定的。利用秩判据可以判断出该子系统是完全能控的,具有研究价值。为了更方便的分析该子系统,可以将其由非线性系统变换为线性系统。步骤如下:
由于要保证偏航角ɑ稳定不变,必须满足F1+F3=F2+F4,而满足该条件的充要条件之一是n1+n3=n2+n4,由于在这种条件下的飞行启动无需改变各轴升力之和,所以n2+n4=C,其中C为常数。所以该状态空间表达式可以变换为:这样便把输入为n^2的非线性系统变换为输入为的线性系统了。利用matlab simulink建立飞行器姿态角变化的开环模型,参数设置:仿真得到结果:
可以发现,角度始终为负,相当于飞行器在该种条件下根本无法起飞。则可推断出起飞所需要的初始条件是,由于该系统不稳定,如若n1-n3=Δn,其中Δn为大于0的常数,则系统输出一定是发散的。
考虑在此种情况下加入状态负反馈,依据飞行器的陀螺仪反馈回的角加速度与加速度计反馈回的姿态角度建立一个双闭环调速系统,从而矫正初始的姿态角,并以此来提高系统的稳定性。为调节Δn加入状态负反馈后的系统:写出该闭环子系统的状态空间表达式:写出系统矩阵A的特征方程:求解λ:可见闭环系统A矩阵的特征根λ始终在复平面的左半边,系统稳定。状态负反馈的实现问题,由式(9)可得:给出控制框图:
控制框图中的给定输入应当是同轴旋翼升力的差值,这个差值取1,初始角度设定为-0.5(弧度)给出闭环系统的姿态角度的matlab仿真结果,闭环simulink模型:仿真结果(Angle)可见角度β是逐渐趋于0,稳定误差非常小,该反馈控制系统可以矫正0.5弧度的俯仰角。输出角速度变化图: 三、四旋翼飞行器的定高悬停控制定高控制与姿态角矫正数学表述本质上是相同的。完整的飞行器动力学状态模型: 封装后的闭环系统:闭环系统仿真结果(定高点为6m):上升速度:(matlab仿真文件已上传)
model2.mdl大小:101.52KB下载:279次转存:53次
全学科课外教学,“直播+辅导”双师教学模式,超过600万中小学生在学而思网校学习!
好长。。。
这沉得有点太快了
看起来像抄袭国外的。
让我想想。。你是搞控制的,qq姐是模电&半导体,我是搞继保的。。还有谁来着??话说这个看着吓人,其实不太难看懂。。只不过得补一下一些数学实体与实际现象的联系而已
自动化系路过这莫非是楼主在大学做的科创...?觉厉Although 85s come & go,ShuiB stands eternal.
一堆没学的东西。。   --我颠倒了整个世界,只为摆正你的身影。                       &#x270E;﹏﹏&#x20AF;&#x3395;﹍﹍
有线性代数的知识? 好吧 不懂线代
标记,回头我去找找这个反馈控制的视频。
simulink完全不会,好多图也挂了,太专业了,理解不能
我想想我要不要也发点东西。。
难道是西工大飞行器专业?
不难看懂,但是我不是这方面的专业,所以还是不能完全理解。
非线性系统线性化来做控制貌似应该是很常识的东西。。。你给的线性化过程比较巧妙,不过不知道这种方法给出的线性系统与用泰勒展开得到的线性系统有没有差别(应该没有)。另外利用线性结果再回到非线性实现的方法也算是亮点。俯仰角控制系统当中,“闭环系统A矩阵的特征根λ始终在复平面的左半边”这个结论貌似有问题,应该是对K1、K2的值有要求的。接下来的问题就是K1、K2的取法。用optimal control的方法可以求解,不过估计不会有闭式表达式。或许也可以考虑loop shaping?因为俯仰角控制系统本质上是SISO的。另外一个可以考虑的方向是引入测量误差,这样就需要做状态估计,可以考虑Kalman filter或者其它方法。
先收藏了,放学再看
。。一看见那帮所谓“大学生创新项目”就头大。
简单理解应该就是通过姿态角来调整每个轴的转速,对不?
这是工科范围的东东吧,并不能算纯的物理了。不过还是很高大上
我去,你竟然坚持着在这发这玩意= =,等我大实验忙完了,就该去通下水道了
楼主厉害啊。
理论部分只是一个SO(3)对称性的分析,后面数电的东西我有点记不住了,年头太多不搞实验的东西了,不过如果能做成应该也是不错的应用~
竟然没有加精……楼主是做什么研究的呀
楼主,求qq,我的毕业设计和这个有点关系,能否交流一下,跪谢啊!!!
前面一部分数学模型的建立看的就有点晕晕乎乎的,然后后面好像和你做得有点不同,我是想用反馈线性化做,就是输入输出线性化。希望能和大神交流下啊,我都快急死了。
登录百度帐号

我要回帖

更多关于 四轴飞行器怎么悬停 的文章

 

随机推荐