四軸飛行器控制原理概述

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1、四軸飛行器（四旋翼飛行器）也稱為四旋翼直升機(jī)，是一種有4個(gè)螺旋槳且螺旋槳呈十字形交叉的飛行器。Seraphi是一款可用于空巾拍攝的一體化多旋翼飛行器，它外觀時(shí)尚精美，做工精湛，還擁集成了自身研發(fā)的飛行動(dòng)力系統(tǒng)，并配置專業(yè)的無線電遙控系統(tǒng)。Seraphi集成易作、易維護(hù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)，在出；'前已經(jīng)設(shè)罝并調(diào)試所有的飛行參數(shù)及功能，具有免安裝、免調(diào)試的快速飛行模式。Seraphi攜帶方便，可以搭配GoPro或者其它微型相機(jī)錄制空中視頻。叫軸飛行器是微型飛行器的其中一種，也是一種智能機(jī)器人。是最初是由航空模型愛好者自制成功，后來很多自動(dòng)化廠商發(fā)現(xiàn)它可以用于多種用途而積極參于研制。它利用有叫個(gè)旋翼作為飛

2、行引擎來進(jìn)行空屮飛行，它的尺寸較小、重量較輕、適合攜帶和使用的無人駕駛飛行器一樣能夠攜帶一定的任務(wù)載荷，具備自主導(dǎo)航飛行能力。在復(fù)雜、危險(xiǎn)的環(huán)境下完成特定的飛行任務(wù)。同樣也可以用于娛樂，比如彈鋼琴曲，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等虛擬游戲。旋翼直升機(jī)，國外又稱Quadrotor，F(xiàn)our-rotor,4rotorshelicopter,X4-fIyer等等，是一種具有叫個(gè)螺旋獎(jiǎng)的飛行器并且叫個(gè)螺旋獎(jiǎng)呈十字形交叉結(jié)構(gòu)，相對(duì)的叫旋翼具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，分兩組，兩組的旋轉(zhuǎn)方向不同。與傳統(tǒng)的直升機(jī)不同，四旋翼直升機(jī)只能通過改變螺旋槳的速度來實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作（目前，也出現(xiàn)可以改變螺距的四旋翼行器，這種控制方式比改變電機(jī)轉(zhuǎn)速更

3、靈活方便）。結(jié)構(gòu)如圖所示，電機(jī)1和電機(jī)3逆吋針旋轉(zhuǎn)的同吋，00垂動(dòng)電機(jī)2和電機(jī)4順吋針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)均被抵消。與電直相比，叫旋翼飛行器有下列優(yōu)勢(shì)：各個(gè)旋翼對(duì)機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，川‘以平衡旋翼對(duì)機(jī)身的反扭矩。四旋翼飛行器在空間共有6個(gè)自巾度（分別沿3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作），這6個(gè)自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。構(gòu)造四軸飛行器其構(gòu)造特點(diǎn)是在它的四個(gè)角上各裝有一旋翼，由電機(jī)分別帶動(dòng)，葉片可以正轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)。為了保持飛行器的穩(wěn)定飛行，在四軸K行器上裝有3

4、個(gè)方叫的陀螺儀和3軸加速度傳感器組成慣性導(dǎo)航模塊，它還通過電子調(diào)控器來保證其快速飛行。技術(shù)難點(diǎn)首先，在飛行過程中它不僅受到各種物理效應(yīng)的作用，還很容易受到氣流等外部環(huán)境的干擾，很難獲得其準(zhǔn)確的性能參數(shù)。萁次，微型四旋翼無人飛行器是一個(gè)具有六個(gè)向由度，而只有四個(gè)控制輸入的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。它具有多變量、非線性、強(qiáng)耦合和干擾敏感的特性，使得飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得非常凼難。W次，利用陀螺進(jìn)行物體姿態(tài)檢測(cè)需要進(jìn)行累汁誤差的消除，怎樣建立誤差模型和通過組合導(dǎo)航修正累積誤差是一個(gè)工程難題。這三個(gè)問題解決成功與否，是實(shí)現(xiàn)微型四旋翼無人飛行器向主飛行控制的關(guān)鍵，具有非常重要的研究?jī)r(jià)伉?；具\(yùn)動(dòng)狀態(tài)垂直運(yùn)動(dòng)，俯仰運(yùn)

5、動(dòng)，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，偏航運(yùn)動(dòng)，前后運(yùn)動(dòng)，側(cè)向運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)圖a屮，因有兩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對(duì)機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重:U時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)/沿z軸的垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)外界擾動(dòng)量力零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重吋，飛行器便保持懸停狀態(tài)。保證叫個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。翼對(duì)機(jī)身的反扭矩。四旋翼飛行器在空間共有6個(gè)自巾度（分別沿3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作），這6個(gè)自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。構(gòu)造四

6、軸飛行器其構(gòu)造特點(diǎn)是在它的四個(gè)角上各裝有一旋翼，由電機(jī)分別帶動(dòng)，葉片可以正轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)。為了保持飛行器的穩(wěn)定飛行，在四軸K行器上裝有3個(gè)方叫的陀螺儀和3軸加速度傳感器組成慣性導(dǎo)航模塊，它還通過電子調(diào)控器來保證其快速飛行。技術(shù)難點(diǎn)首先，在飛行過程中它不僅受到各種物理效應(yīng)的作用，還很容易受到氣流等外部環(huán)境的干擾，很難獲得其準(zhǔn)確的性能參數(shù)。萁次，微型四旋翼無人飛行器是一個(gè)具有六個(gè)向由度，而只有四個(gè)控制輸入的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。它具有多變量、非線性、強(qiáng)耦合和干擾敏感的特性，使得飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得非常凼難。W次，利用陀螺進(jìn)行物體姿態(tài)檢測(cè)需要進(jìn)行累汁誤差的消除，怎樣建立誤差模型和通過組合導(dǎo)航修正累積誤差是

7、一個(gè)工程難題。這三個(gè)問題解決成功與否，是實(shí)現(xiàn)微型四旋翼無人飛行器向主飛行控制的關(guān)鍵，具有非常重要的研究?jī)r(jià)伉?；具\(yùn)動(dòng)狀態(tài)垂直運(yùn)動(dòng)，俯仰運(yùn)動(dòng)，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，偏航運(yùn)動(dòng)，前后運(yùn)動(dòng)，側(cè)向運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)圖a屮，因有兩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對(duì)機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重:U時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則