《DIY四轴飞行器》读书笔记1

内容整理于黄和悦的《DIY四轴飞行器》。

1、四轴飞行器的现状

（1）研究内容

• 多级协作，自主飞行倾斜；
• 最优控制理论，飞行器自主飞行和避障；
• 主要是飞控部分。

（2）特点

• 无刷电机（直流输入，三相电输出）；
• 惯性较小，运动状态极易改变，需要很高的控制频率。
• 姿态检测和控制。

2、力学原理和控制框图

（1）力学原理

• X模式，+模式。
• 力的合成和分解，空气转动扭矩的反向性。
• 相邻电机转动方向相反。

（2）坐标系

• 机体坐标系，当四轴倾斜时，此坐标系和大地坐标系不再重合。
• XYZ轴和各个旋转轴之间符合右手螺旋定则，XYZ坐标系上面的旋转方向命名为俯仰、横滚、偏航。用角度来表示。
• 所谓四通道，即上下油门、左转右转、前后运动、左右运动。
• 飞行器控制框图。
  

1、结构框图

（1）遥控器和接收器

• 接收器输出的是50Hz的PWM波，用占空比数值来表示遥控器摇杆的位置。
• 这些是由我们来控制，如果是视觉控制，自主导航类的四轴，目标姿态则又不同了。

（2）姿态检测单元

• 陀螺仪：检测四轴绕着Pit，Rol，Yaw三个方向的旋转角速度的器件；
• 加速度计：检测沿着XYZ三个轴的线性加速度的器件；
• 磁强计：即电子罗盘，用于测定于地磁南北极的夹角，从而知道机体坐标系和大地坐标系的偏差。
• 气压计：知道四轴周围的气压，从而知道绝对高度，起到稳定高度的作用。
• 可见前三者各有三个轴向的数据采集，加上气压计采集的一个高度数据，包含以上单元的姿态检测单元称为10DOF，即10轴传感单元。

（3）处理器

• 对姿态单元检测到的数据进行处理和计算，得到当前四轴的准确姿态；
• 对预期姿态和当前的真实值进行对比，计算出误差，并输入到PID调节器，最终解算出四个电机的转速；
• 而转速数据以四路PWM波的形式输送到电机驱动和电机中。

（4）调试器

• 调试器将程序下载到处理器中；
• 结合适当的PC程序，可以观测四轴算法计算出来的各种数据。

（5）电机驱动器和电机

• 在较大四轴飞行器中，一般采用无刷电机，配合无刷电机驱动器（俗称电调），要求50Hz的PWM波，占空比为5%~10%。
• 在微型四轴飞行器中，一般采用有刷电机，配合MOS管即可，无需按照电调的范围调节占空比、频率，而是可以自定义。

2、遥控器

（1）2.4G遥控器

• 对码
• 发射机通道和反向设计

（2）蓝牙/安卓遥控

3、电机和驱动

（1）无刷电机（属于外转子机）

（2）电压（将一节锂电池的3.7v称作1S）

（3）电调（MOS管配合单片机组成，将直流电转化为三相驱动电流）

（4）油门行程：当占空比变化1%时，电调控制电机转速对应多少变化。

4、机架

5、电池

（1）电池的C数（指的是最大放电倍率）

（2）电池的容量

6、飞控

接收遥控器信号

计算当前姿态，与预设姿态比较，输入PID调节器（这个是在处理器中？）

输出PWM（到电调？），用占空比控制电机。