四旋翼

更新2018/11
1系统设计
硬件总体框架(认识四旋翼的基本组成)
在这里插入图片描述
机架主要的两种(x型控制更难,动作灵活)
十字型,X字型
桨 7040,8045(常用),前四位直径,后四位角度
正反螺旋桨
电池(12V锂电池(一般充电后电压偏高) 电压低于11.3V不能正常飞行)
1000mah若以1000ma放电可以持续放电一小时,若500ma放电可以持续放电两小时。
2s,3s,4s,表示电池的节数。2s表示7.4V
电调(输出控制信号)
作用:电机的电流过大(平均3A),通过电调改变电流的大小,飞控板的电流较小。
电压变换器的作用:将12V电压转化为5V提供给飞控板和遥控器接收器供电。
型号区分:主要电流
电流参数:20A,40A,30A
电机
种类:有刷和无刷(四轴主流,定子粗,力气大,耐用)
型号:2218,2018,2212(常用)电机,电机的尺寸,前两位电机的直径(22英寸),后两位电机的转子高度。
KV值(外加1V的电压每分钟的空转转速)KV1400 在10V下空转转速14000转每分钟。转速=KV值X电压
电机的效率:电流3~5A标注:g/w(克/每瓦)
电机与桨的搭配:大KV配小桨,小KV大桨
飞控(飞行控制板)STM32F470VG
作用:通过飞行控制板上的陀螺仪,对四轴飞行状态进行瞬间快速调整。
飞控板安装:位于四旋翼的中央位置,X型飞控板四角对中间空白。(如若安装错误,剧烈晃动,无法飞行)
超声波测距传感器
一般使用US-100工作电压:2.4~5.5V静态电流:2mA
输出方式:电平或串口(UART)探测距离:2~450cm
内部自带了温度传感器,可对测距结果进行校正,自带看门狗,工作稳定可靠。一般为了获取数据方便采用串口方式获取数据。
UART模式下串口配置:波特率9600,起始1位,停止1位,数据位8位,无奇偶检验,无流控制
注意事项:此模块不宜带电连接,若要带电则GND先接,否则影响模块正常工作。
数传模块
蓝牙模块,无线WIFI
MPU6050 (加速度器和陀螺仪)
加速度器
一款整合3(x,y,z)轴加速度计3 (x,y,z) 轴陀螺仪的六轴测量仪器。自带硬件加速器引擎(DMP),可以直接输出欧拉角数据。
陀螺仪
角速度检测,3轴MEMS陀螺仪集成电路,其测量的角速度精度为16位,分辨率位14.375deg/s,最大测量范围位2000deg/s,工作电压2.6V。
电子罗盘:AK8975

2系统理论分析
PID控制算法(稳,准,快)
P比例控制D微分I积分
M(t)=Kpe(t)+Kpζ+dt
理想:期望值=实际值
Kp乘以误差e(t),用以消除当前误差;积分项系数Ki乘以误差e(t)的积分,用于消除历史误差积累,可以达到无差调节;微分项系数Kd乘以误差e(t)的微分,用于消除误差变化,也就是保证误差恒定不变。
一般采用双闭环PID,相比单闭环PID来说有极大的提升(悬停的稳定性,打舵的快速跟随性,回正时的快速性)。
在这里插入图片描述
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二阶互补滤波
对加速器,陀螺仪,磁力计的数据进行滤波。经过滤波的磁力计和加速度计数据可以得到旋转矩阵,从而估计四旋翼的姿态。(多组数据结合互补,进行滤波处理稳定输出,得到姿态的算法)
姿态:飞行器的俯仰、横滚、航向情况。
进过一系列数学运算(此处省略)得到姿态。

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