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(多图) 四轴飞行器飞行原理与双闭环PID控制

陆伟男?? 蔡启仲?? 李刚?? 郑力?? 广西科技大学电气与信息工程学院?? 科学技术与工程?? 2015年01月30日 ?? 收藏31
四轴飞行器是微型飞行器的其中一种,相对于固定翼飞行器,它的方向控制灵活、抗干扰能力强、飞行稳定,能够携带一定的负载和有悬停功能,因此能够很好地进行空中拍摄、监视、侦查等功能,在军事和民用上具备广泛的运用前景。

四轴飞行器关键技术在于控制策略。由于智能控制算法在运行复杂的浮点型运算以及矩阵运算时,微处理器计算能力受限,难以达到飞行控制实时性的要求;而PID控制简单,易于实现,且技术成熟,因此目前主流的控制策略主要是围绕传统的PID控制展开。

1 四轴飞行器的结构与基本飞行原理

四轴飞行器结构主要由主控板和呈十字交叉结构的4个电子调速器、电机、旋浆组成,电机由电子调速器控制,主控板主要负责解算当前飞行姿态、控制电调等功能。

以十字飞行模式为例,l号旋翼为头,1、3号旋翼逆时针旋转,2、4号旋翼顺时针旋转,如图1所示。

图1 四轴飞行器结构图
图1 四轴飞行器结构图

参照飞行状态表1变化电机转速,由于四个电机转速不同,使其与水平面倾斜一定角度,如图l所示。四个电机产生的合力分解为向上的升力与前向分力。当重力与升力相等时,前向分力驱动四轴飞行器向倾斜角度的方向水平飞行。空间三轴角度欧拉角分为仰俯角、横滚角、航向角:倾斜角是仰俯角时,向前、向后飞行;倾斜角是横滚角时,向左、向右飞行;而倾斜航向角时,向左、右旋转运动,左(右)旋转是由于顺时针两电机产生的反扭矩之和与逆时针两电机产生的反扭矩之和不等,即不能相互抵消,机身便在反扭矩作用下绕z轴自旋转。

表1 十字飞行模式飞行状态表

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延伸阅读:

四轴飞行器无刷直流电机驱动控制设计的实现


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四轴飞行器? 双闭环PID控制? 姿态解算? 气压传感器?

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