基于四轴飞行器的无刷电机驱动设计
四轴飞行器动力学分析与建模
四轴飞行器动力学分析与建模四轴飞行器主要由机架、动力系统、控制系统和传感器系统组成。
机架是整个飞行器的骨架，负责承载各个部件。
动力系统由四个电动马达和四个螺旋桨组成，电动马达通过转动螺旋桨产生升力和推力。
控制系统负责控制飞行器的飞行姿态以及飞行方向。
传感器系统用于获取飞行器的姿态和位置信息。
首先是力学分析。
在飞行过程中，四个螺旋桨产生的升力和推力需要平衡飞行器的重力。
根据牛顿第二定律，可以建立四轴飞行器的运动方程。
假设四轴飞行器在三维空间中的位置为(x, y, z)，速度为(vx, vy, vz)，质量为m。
则四轴飞行器所受到的合力可以表示为：F = mg - Tm是飞行器的质量，g是重力加速度，T是螺旋桨产生的合力。
根据牛顿第二定律，可以得到四轴飞行器的加速度方程为：a = (mg - T) / m其次是电机模型。
电机模型主要描述电动马达的输出特性。
通常情况下，电动马达的输出转矩与输入电流之间存在一定的关系。
可以使用简化的转矩模型来描述电动马达的输出。
假设电动马达的转矩为Tm，电流为I，转矩模型可以表示为：Tm=k1*I其中k1为电动马达的参数。
接下来是姿态稳定。
四轴飞行器的姿态稳定是实现飞行器平稳飞行的重要问题。
姿态稳定的关键在于对飞行器角度的控制。
通过使用陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器获取飞行器的姿态信息，并通过控制系统对飞行器的姿态进行控制。
姿态稳定算法可以根据飞行器的姿态误差来计算所需的控制指令，进而控制飞行器的电动马达来实现姿态的调整。
最后是运动控制。
运动控制主要涉及到飞行器的位置和速度控制。
通常情况下，可以使用位置式控制和速度式控制来实现飞行器的运动控制。
在位置式控制中，通过计算飞行器的位置误差来产生相应的控制指令，控制飞行器的电动马达来实现位置的调整。
在速度式控制中，通过计算飞行器的速度误差来产生相应的控制指令，控制飞行器的电动马达来实现速度的调整。
综上所述，四轴飞行器的动力学分析与建模主要涉及到力学分析、电机模型、姿态稳定和运动控制等方面。
四轴飞行器设计概述
四轴飞行器设计概述四轴飞行器（Quadcopter）是一种多旋翼飞行器，由四个电动马达驱动，并通过电子系统控制飞行。
它具有垂直起降、悬停、平稳飞行等优点，广泛应用于无人机航拍、物流配送、农业植保等领域。
本文将对四轴飞行器的设计概述进行详细介绍。
第一部分：概述四轴飞行器的设计涉及到机械结构设计、电子系统设计和飞行控制算法设计等方面。
在机械结构设计中，需要考虑到飞行器的重量、稳定性和飞行效率等因素；在电子系统设计中，需要考虑到电机驱动、传感器测量和通信等因素；在飞行控制算法设计中，则需要考虑到姿态控制、导航定位和自主避障等因素。
第二部分：机械结构设计四轴飞行器的机械结构主要包括机体、四个电动马达和螺旋桨等部分。
机体通常采用轻质材料制造，如碳纤维复合材料，以降低飞行器的重量；电动马达通常采用无刷电机，以提高功率输出和效率；螺旋桨通常采用塑料或碳纤维材料制造，以提供升力。
此外，机械结构设计还需要考虑到四轴飞行器的重心位置和稳定性，通过调整电动马达和螺旋桨的布局来实现。
第三部分：电子系统设计四轴飞行器的电子系统设计主要包括电机驱动、传感器测量和通信等模块。
电机驱动模块用于控制电动马达的转速和方向，通常通过电调与飞控板连接；传感器测量模块用于测量飞行器的姿态、加速度、陀螺仪等参数，通常包括陀螺仪、加速度计和磁力计等；通信模块用于与地面控制台进行数据传输和指令接收，通常采用无线通信技术，如蓝牙或Wi-Fi等。
第四部分：飞行控制算法设计四轴飞行器的飞行控制算法设计主要包括姿态控制、导航定位和自主避障等模块。
姿态控制模块用于控制飞行器的姿态，通常采用PID控制算法，通过调节电动马达转速来实现；导航定位模块用于确定飞行器的位置和航向，通常采用GPS和惯性导航系统等；自主避障模块用于识别和规避障碍物，通常采用机器视觉技术和激光雷达等。
第五部分：总结四轴飞行器设计的关键环节包括机械结构设计、电子系统设计和飞行控制算法设计等。
四轴飞行控制原理
四轴飞行控制原理四轴飞行器是一种具有四个旋翼的飞行器，通过控制旋转速度和方向来实现飞行。
其控制原理包括传感器感知、飞行动力学建模、控制器设计和电机控制。
1.传感器感知四轴飞行器通常配备有陀螺仪、加速度计、磁力计和气压计等传感器。
陀螺仪用于测量飞行器的角速度，加速度计用于测量线性加速度，磁力计用于测量地磁场方向，气压计用于测量飞行器的高度。
这些传感器可以提供飞行器在空间中的姿态、位置和速度等信息。
2.飞行动力学建模通过传感器测量的数据，可以对飞行器的姿态进行估计。
姿态估计主要包括姿态角（滚转、俯仰和偏航）的估计和位置的估计。
将姿态和位置的估计值与期望值进行比较，可以得到姿态和位置的误差。
飞行动力学建模主要包括飞行器的动力学方程和状态方程，可以通过这些方程来描述飞行器的姿态、位置和速度等动态变化。
3.控制器设计控制器设计主要是设计一个控制算法来根据传感器测量的数据和期望的姿态和位置来控制飞行器的旋转速度和方向。
通常使用的控制算法包括PID控制器、模型预测控制器、自适应控制器等。
PID控制器是一种常用的控制算法，根据误差的大小和变化率来调整控制信号，从而使飞行器逐渐接近期望的姿态和位置。
4.电机控制四轴飞行器通常使用四个无刷电机来控制旋翼的转速和方向。
通过适当调整电机的转速，可以使飞行器产生所需的推力和力矩，从而实现期望的运动。
电机控制主要包括PWM控制信号的生成、电机转速的调节和电机的航向控制。
PWM控制信号的生成由控制器完成，根据控制器的输出调整电机转速，使旋翼产生所需的推力和力矩。
电机的航向控制通常通过改变电机的转速来实现。
总结：四轴飞行控制原理主要包括传感器感知、飞行动力学建模、控制器设计和电机控制。
通过传感器感知飞行器的角速度、线性加速度、地磁场方向和高度等信息，通过飞行动力学建模估计飞行器的姿态和位置，根据期望的姿态和位置与估计值的误差，设计控制算法来控制飞行器的旋转速度和方向，通过调整电机的转速，使飞行器产生所需的推力和力矩，从而实现期望的飞行。
基于STM32的四轴飞行器设计
基于STM32的四轴飞行器设计四轴飞行器是一种常见的航空模型，它由四个电动马达驱动，通过调整转速控制飞行器的姿态和位置。
在本文中，我将介绍如何使用STM32微控制器设计一个四轴飞行器。
这项设计需要以下四个组成部分：飞行控制器、传感器、电动机和通信模块。
首先，我们需要一个飞行控制器来处理飞行器的姿态控制和位置控制。
我们可以使用STM32微控制器作为飞行控制器，因为它具有强大的计算能力和高性能的外设。
STM32微控制器通常具有多个通用输入/输出引脚，用于连接传感器和电动机。
此外，STM32微控制器还可以运行飞行控制算法并控制电动机的转速。
其次，我们需要一些传感器来感知飞行器的姿态和位置。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计和磁力计。
陀螺仪可以测量飞行器的旋转速度和方向，加速度计可以测量飞行器的加速度和倾斜角度，磁力计可以测量飞行器相对于地球磁场的方向。
这些传感器的测量数据将用于计算和控制飞行器的姿态和位置。
第三，我们需要四个电动机来驱动飞行器的运动。
每个电动机都连接到飞行控制器的输出引脚，并通过调整电动机转速来调整飞行器的姿态和位置。
通过控制四个电动机的转速，我们可以实现飞行器在空中的稳定飞行和准确控制。
最后，我们需要一个通信模块来与飞行器进行通信。
通常，我们使用无线通信模块，如蓝牙或无线局域网，来控制飞行器的飞行和监控其状态。
通过与通信模块连接，我们可以使用智能手机或其他设备来发送指令和接收飞行器的数据。
在设计四轴飞行器时，我们需要首先将传感器和电动机连接到STM32微控制器。
然后，我们需要编写飞行控制算法并将其加载到STM32微控制器上。
接下来，我们可以使用通信模块与飞行器连接并发送控制指令。
最后，我们可以启动电动机并观察飞行器的飞行和姿态控制效果。
总之，基于STM32微控制器的四轴飞行器设计是一个复杂而有趣的工程项目。
通过合理选择传感器、编写飞行控制算法和使用通信模块，我们可以实现一个高度稳定和可控的四轴飞行器。
四轴飞行器报告
四轴飞行器报告1. 前言四轴飞行器是一种无人机，由四个电动机驱动，具有稳定飞行的能力。
它在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
本报告将对四轴飞行器的结构、工作原理以及应用进行详细介绍。
2. 结构四轴飞行器主要由以下部件组成：•机架：提供了支撑和连接其他部件的框架结构，通常是以轻质材料如碳纤维制成。
•电动机：驱动飞行器飞行的关键部件，通常使用直流无刷电机。
•螺旋桨：由电动机驱动的旋转桨叶，用于产生升力和推力。
•电调：控制电动机的转速和方向，从而控制飞行器的姿态。
•飞控系统：负责接收和处理来自传感器的数据，计算飞行器的姿态和控制指令。
•电池：提供能量给电动机和其他电子设备。
3. 工作原理四轴飞行器的飞行原理基于牛顿第二定律。
通过调整四个电动机的转速和方向，可以控制飞行器的姿态和运动。
飞行器的姿态包括横滚、俯仰和偏航。
通过增加相对转速，可以产生横滚和俯仰的力矩，从而使飞行器向相应方向倾斜。
飞行器倾斜后，电动机产生的升力也会有所改变，使得飞行器能够前进、后退或悬停。
飞行器的稳定性是通过飞控系统来保证的。
飞控系统通过接收来自加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的数据，计算飞行器的姿态和运动状态，并根据用户的控制输入调整电动机的转速和方向，以保持飞行器的稳定。
4. 应用四轴飞行器在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
在军事领域，四轴飞行器可以用于侦查、监视和目标跟踪。
由于其小型化、高机动性和隐蔽性，可以在不可接近的区域执行任务，提供重要的情报支持。
在民用领域，四轴飞行器可以用于航拍、物流和巡检等任务。
航拍业务能够提供高质量的航空影像，广泛用于地理信息和城市规划等领域。
同时，四轴飞行器还可以用于运送货物，解决最后一公里的配送问题。
此外，四轴飞行器还可以用于巡检任务，如电力线路、管道和建筑物的巡检，提高作业效率和安全性。
在娱乐领域，四轴飞行器常被用作遥控飞行器，供爱好者进行操控和竞赛。
爱好者可以通过多种方式定制飞行器的外观和性能，提升飞行器的性能和飞行体验。
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述四旋翼飞行器是一种具有四个独立旋翼的飞行器，也被称为四轴飞行器。
它采用借助电子设备来保持平衡和方向飞行，是一种近年来非常流行的飞行器类型。
四旋翼飞行器飞行控制技术是指通过控制器、传感器和电动机等设备来实现飞行器的稳定飞行和精确控制。
本文将对四旋翼飞行器的飞行控制技术进行综述，包括传感器、飞行控制器、电机及螺旋桨、遥控器等方面。
一、传感器四旋翼飞行器的传感器是实现飞行控制的基础，它主要包括加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等。
加速度计用于测量飞行器的加速度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，磁力计用于测量飞行器的方向，气压计用于测量飞行器的高度。
这些传感器可以实时地将飞行器的状态信息传输给飞行控制器，从而帮助控制器实现飞行器的稳定飞行和精确控制。
二、飞行控制器飞行控制器是四旋翼飞行器的大脑，它通过接收传感器传来的信息，计算飞行器的状态，再根据飞行器的状态信息来控制电机的转速和螺旋桨的转动角度，从而实现飞行器的稳定悬停、方向飞行、姿态调整等功能。
目前市面上比较常见的飞行控制器有OpenPilot、Pixhawk、Naze32等，它们都能够提供强大的飞行控制功能，同时还支持GPS导航、航点飞行、自动返航等高级功能。
三、电机及螺旋桨四旋翼飞行器通常采用无刷电机驱动螺旋桨进行飞行，电机及螺旋桨的选择直接影响飞行器的性能和稳定性。
在选择电机时需要考虑电机的功率、转速、推力、以及电机的重量和尺寸等参数，同时还需要考虑螺旋桨的直径、螺距、材质等参数。
合理的电机及螺旋桨搭配可以为飞行器提供足够的推力和稳定性，从而保证飞行器的良好飞行表现。
四、遥控器遥控器是飞行器的操控装置，通过遥控器可以实现飞行器的起飞、降落、悬停、前进、后退、左转、右转等操作。
目前市面上比较常见的遥控器有Futaba、FrSky、Spektrum等，它们都能够提供可靠的无线控制信号，从而保证飞行器的操控精准和稳定。
在实际的飞行控制中，通常采用PID控制算法来实现对飞行器的姿态调整和稳定飞行。
四轴飞行器设计方案
四轴飞行器设计方案四轴飞行器设计方案一、引言四轴飞行器是一种具有四个电动机的飞行器，通过控制电机的速度来调整姿态和飞行方向。
本文将介绍一种四轴飞行器设计方案，包括材料选择、电机配置、控制系统等方面。
二、材料选择1. 框架材料：选择轻质且具有足够强度的材料，如碳纤维复合材料，以提高飞行器的耐用性和飞行稳定性。
2. 电机：选用高效率、低功耗的无刷电机，以提高续航时间和飞行效能。
3. 电池：选择高能量密度的锂聚合物电池，以提供足够的电力供应。
4. 传感器：配置加速度计和陀螺仪，以实时测量飞行器的运动状态，并通过算法进行控制。
三、电机配置为了实现四轴飞行器的稳定飞行和灵活操控，需要配置四个电动机，分别安装在飞行器的四个角落。
电机和框架之间采用弹性支撑装置，以减少机械振动和飞行噪音。
电机与框架之间的连接采用可调节的装置，以便根据飞行器的需要进行调整。
四、控制系统飞行器的控制系统包括飞行控制器、遥控器、传感器等。
飞行控制器是整个系统的核心，负责接收遥控器的指令，并通过内部的算法计算出合适的电机转速来实现飞行器的姿态调整和飞行控制。
飞行控制器还需要与传感器进行数据交互，以获取飞行器实时的运动状态。
五、功能扩展为了增加飞行器的功能，可以增加以下扩展设备：1. 摄像头：配备高清摄像头，实现视频拍摄和实时传输功能。
2. 红外传感器：用于无人机的避障功能。
3. GPS导航系统：提供飞行器的定位和导航功能，实现航线的自动规划和自主飞行。
4. 载荷释放装置：用于携带和释放物品，可在特定场景下使用。
六、安全保障措施为了确保四轴飞行器的安全性，应采取以下措施：1. 安全起飞和降落：制定飞行区域和起飞降落区域，确保无人机在安全的条件下起飞和降落。
2. 自动返航功能：确保在遇到故障或信号丢失时，飞行器能够自动返回起飞点。
3. 遥控频率选择：在多无人机飞行环境中，选择不同的频率，以避免干扰和冲突。
七、总结通过以上设计方案，我们可以实现一款稳定飞行、灵活操控、功能丰富且安全可靠的四轴飞行器。
四轴飞行器设计概述
四轴飞行器设计概述首先是机身结构设计。
四轴飞行器的机身一般由主体机架、飞行控制电路和机载设备等组成。
主体机架通常采用轻质、坚固的材料制作，如碳纤维或铝合金。
其设计应考虑到在飞行中的稳定性和机动性，尽量减少风阻并提高机体刚性。
此外，机身上还需要安装螺旋桨挡板、摄像机支架等附属设备。
其次是电力系统设计。
四轴飞行器的电力系统由电机、电调器和电池等组成。
电机是提供动力的核心部件，一般采用无刷直流电机。
电调器用于控制电机的转速和方向，根据飞行控制信号调节电机的输出功率。
电池则是供给飞行器能量的源头，常用的是锂聚合物电池，其轻量、高能量密度的特点适合飞行器的需求。
控制系统是四轴飞行器的重要组成部分。
其主要功能是稳定和控制飞行器的姿态、高度、速度等。
该系统一般包括陀螺仪、加速度计、飞行控制器等硬件设备以及相关的软件算法。
陀螺仪用于测量飞行器在三个轴向上的角速度，加速度计则用于测量飞行器的加速度。
飞行控制器是整个控制系统的核心，将传感器数据进行处理，并根据预设的飞行控制算法来实现姿态稳定和飞行控制。
设计四轴飞行器还需要考虑到通信系统、导航系统、遥控系统等。
通信系统用于与地面站进行数据传输，如视频传输、遥测数据传输等。
导航系统用于飞行器的位置和定位，一般采用全球定位系统（GPS）等技术。
遥控系统是四轴飞行器的操控手段，一般包括遥控器和接收器等设备。
最后，设计四轴飞行器还需要考虑到安全性和可靠性。
飞行器应具备防风能力，以应对恶劣天气条件下的飞行。
此外，应考虑电池电量、电机温度等因素，以保证系统的安全运行。
对于关键部件如电机、电调器等，应进行质量控制和可靠性测试。
综上所述，设计四轴飞行器需要从机身结构、电力系统、控制系统等多个方面进行综合考虑。
在实际设计中，还需要根据具体应用需求和性能要求进行详细设计和优化。
随着科技的不断发展，四轴飞行器的设计将进一步完善，提升其飞行性能和应用范围。
基于MSP430单片机的四旋翼飞行器控制系统设计
基于MSP430单片机的四旋翼飞行器控制系统设计汤金萍;周雷;金阿锁【摘要】四旋翼飞行器是由4个带桨叶电机驱动并形成十字交叉结构的一种飞行器.本试验是以MSP430F149单片机为主控芯片,搭建四旋翼飞行器控制系统.以MPU-6050传感器获取飞行器的姿态信息,经过递推滤波算法,得到可靠的姿态数据,通过四元数融合算法,进行姿态解算,获得四旋翼飞行器的姿态角,然后借助PID控制算法,消除四旋翼飞行器在飞行过程中不可预测的误差,最后,以PWM波的形式控制无刷直流电机,实现四旋翼飞行器的自平稳控制.本试验完成了四旋翼飞行器的自平稳控制系统,能够基本实现四旋翼飞行器的平稳起飞与降落.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)020【总页数】4页(P9-12)【关键词】MSP430;MPU-6050;欧拉角;四旋翼飞行器;闭环控制【作者】汤金萍;周雷;金阿锁【作者单位】南通大学电气工程学院,江苏南通226019;南通大学电气工程学院,江苏南通226019;南通大学电气工程学院,江苏南通226019【正文语种】中文【中图分类】TP29四旋翼飞行器是多旋翼飞行器中最常见、最简单的一种。
2010年世界首款四旋翼飞行器AR.Drone问世，它由法国Parrot公司发布。
它的定位是一款高科技玩具，性能非常优秀，轻便，很安全，容易控制，而且还能实现自悬停，拍摄图像，并通过WiFi传输到手机上显示。
DJI是众多四旋翼飞行器公司中值得一提的公司之一。
在早些年，DJI主要工作放在直升机的控制上，在AR.Drone问世后，DJI看到了四旋翼飞行器的市场，开始研究四旋翼飞行器产品。
2012年，DJI相继推出了几款飞行器产品。
在当时AR.Drone的引领下，全球刮起了一股四旋翼飞行器商业化的热潮。
2013年1月，DJI推出Phantom，如图1所示。
四旋翼飞行器被开发用作一个新领域——航拍。
“Phantom”的中文意思是精灵，与它的外形很相配。
基于STM32的四旋翼无人机设计
基于STM32的四旋翼无人机设计在本文中，我们将会介绍基于STM32的四旋翼无人机设计，包括硬件设计、软件开发和飞行控制等方面。
一、硬件设计1. 传感器模块在四旋翼无人机中，传感器模块的设计非常重要，主要包括陀螺仪、加速度计、磁力计和气压计等传感器。
这些传感器可以用于测量无人机的姿态角、加速度、磁场强度和气压，从而实现飞行控制和稳定性。
在STM32的硬件设计中，可以选择常见的MPU6050、HMC5883L、MS5611等传感器作为传感器模块，并通过I2C或SPI接口与STM32连接，实现传感器数据的采集和处理。
2. 无刷电机驱动模块四旋翼无人机的推进力主要来自四个无刷电机，因此无刷电机驱动模块的设计非常关键。
在STM32的硬件设计中，可以选择常见的电调模块（如BLHeli系列）作为无刷电机驱动模块，通过PWM信号控制电机的转速和转向。
还需要考虑电机与电调模块的连接方式和供电方式，以保证无人机的稳定飞行。
3. 通信模块通信模块是无人机与地面站或其他设备进行数据传输的重要组成部分。
在STM32的硬件设计中，可以选择常见的2.4G/5.8G数传模块（如NRF24L01、XBee、HC-12等）作为通信模块，通过串口与STM32连接，实现无人机与地面站的数据交换和控制。
二、软件开发1. 飞行控制算法飞行控制算法是无人机的灵魂，直接影响无人机的飞行性能和稳定性。
在基于STM32的四旋翼无人机设计中，可以采用常见的PID控制算法，通过对传感器采集的数据进行处理，控制无刷电机的转速和姿态角，实现无人机的稳定飞行。
还可以结合卡尔曼滤波算法对传感器数据进行融合和处理，提高飞行控制系统的精度和稳定性。
2. 地面站软件地面站软件是无人机与操作员进行交互的重要工具，主要用于监控无人机的状态、下达飞行任务和参数设置等功能。
在基于STM32的四旋翼无人机设计中，可以开发PC端或移动端的地面站软件，通过串口或数传模块与无人机进行数据交换和控制。
四旋翼飞行器控制系统硬件电路设计
四旋翼飞行器控制系统硬件电路设计首先，在硬件电路设计中，关键是选择合适的传感器。
常用的传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计等。
加速度计用于测量飞行器的线性加速度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，磁力计用于测量飞行器的方向。
这些传感器需要与处理器进行接口连接，并能够提供准确的数据。
因此，在硬件电路设计中，需要选取高性能的传感器，同时设计稳定可靠的电路板。
其次，处理器是控制系统的核心。
处理器的选择应综合考虑性能、功耗和成本等因素。
常用的处理器有单片机和微处理器。
单片机适用于简单的控制任务，如姿态控制和飞行模式切换等。
而微处理器适用于复杂的控制任务，如路线规划和数据处理等。
在硬件电路设计中，处理器需要与传感器和电调进行接口连接，并能够高效地处理控制指令。
此外，处理器还需要具备足够的计算能力和存储空间，以便实现飞行控制算法和数据记录功能。
电调是控制电机转速的关键组件。
通常，四旋翼飞行器需要四个电调以控制四个电机的转速。
电调需要接收处理器发送的PWM信号，并将其转换为适当的电机转速。
在硬件电路设计中，电调需要具备快速响应的能力，并能够输出稳定的PWM信号。
此外，电调还需要有适当的保护机制，以避免过载和短路等故障。
最后，电机是驱动飞行器旋转的关键组件。
电机的选择应综合考虑功率和效率等因素。
常用的电机有无刷电机和有刷电机。
无刷电机具有高效率和长寿命等优点，因此在硬件电路设计中通常选择无刷电机。
电机需要与电调进行接口连接，并能够输出适当的推力。
此外，电机还需要具备足够的扭矩和转速范围，以应对不同的飞行任务。
总之，四旋翼飞行器控制系统硬件电路设计涉及多个组件的选择和接口设计等方面。
在设计过程中，需要综合考虑传感器、处理器、电调和电机等因素，以实现飞行器的控制能力和飞行稳定性。
四轴飞行器简介
temp10[i][j]=Kg[i]*H[j];
for(i=0;i<2;i++)
for(j=0;j<2;j++)
temp11[i][j]=1-temp10[i][j];
for(i=0;i<2;i++)
for(j=0;j<2;j++)
{
for(k=0;k<2;k++)
P_optimal[i][j]+=temp11[i][k]*P_estimate[k][j];
Q为系统过程中的协方差
至此，已经有了现在状态的预测结果，接下来收集现在状态的测量值，结合预测值和测量值最后得出现在K时刻的最优估计值X(K|K)
第三步：
得到最优估计值之前需要将卡尔曼增益求出来：
第四步：
求出K时刻的最优估计值X(K|K)：
X(K|K)=X(K|K-1)+ *[Z(K)-H*X(K|K-1)]
CNC碳管固定座4个
3k 12MM全碳碳管4根
铝合金机身板2块
塑料脚架1对
效果图如下：
图2.1四轴飞行器效果图
第三章
硬件的基本模块主要包括：控制模块、传感器模块、通讯模块、电机驱动模块这四大模块。
4.1控制模块
控制模块这部分需要处理数据，并作出控制决策。控制器只用过单片机，由于缺乏经验，要参考老师的意见。
第五步：
计算最优估计值的协方差P(K|K)：
P(K|K)=[I- *H]*P(K|K-1)
试着编了一下程序：其中输入参数为经过处理转化后的加速度的角度，陀螺仪的角速度
基于单片机的四轴飞行器毕业设计
基于单片机的四轴飞行器毕业设计目录摘要 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
ABSTRACT ..................................................................................... 错误!未定义书签。
第1章绪论 .. (1)1.1 论文研究背景及意义 (1)1.2 国内外的发展情况 (2)1.3 本文主要研究内容 (4)第2章总体方案设计 (5)2.1 总体设计原理 (5)2.2 总体设计方案 (5)2.2.1 系统硬件电路设计方案 (5)2.2.2 各部分功能作用 (6)2.2.3 系统软件设计方案 (7)第3章系统硬件电路设计 (8)3.1 Altium Designer Summer 09简介 (8)3.2 总体电路设计 (8)3.2.1 遥控器总体电路设计 (8)3.2.2 飞行器总体电路设计 (10)3.3 各部分电路设计 (10)3.3.1 电源电路设计 (10)3.3.2 主控单元电路设计 (12)3.3.3 无线通信模块电路设计 (13)3.3.4 惯性测量单元电路设计 (16)3.3.5 电机驱动电路设计 (18)3.4 PCB设计 (21)3.4.1 PCB设计技巧规则 (21)3.4.2 PCB设计步骤 (22)3.5 实物介绍 (25)第4章系统软件设计 (27)4.1 Keil MDK5.12简介 (27)4.1.1 Keil MDK概述 (27)4.1.1 Keil MDK功能特点 (27)4.2 软件设计框图 (28)4.3 软件调试仿真 (29)4.4 飞控软件设计 (30)4.4.1 MPU6050数据读取 (30)4.4.2 姿态计算IMU (32)4.4.3 PID电机控制 (32)结论 (36)致谢 (38)参考文献 (39)附录1 遥控器主程序源代码 (40)附录2 飞行器主程序源代码 (45)附录3 遥控器原理图 (50)附录4 飞行器原理图 (51)第1章绪论1.1 论文研究背景及意义图1-1 典型四轴飞行器四轴飞行器是一种具有4个对称旋翼的直升机（如图1-1），具有垂直起降、结构简单、操纵方便及机动灵活等优点，在飞行器上挂载摄像头等模块能够实现许多实用功能。
四旋翼无人机电机驱动系统设计说明书
8th International Conference on Social Network, Communication and Education (SNCE 2018)Design of Motor Drive System for Four Rotor Unmanned Aerial VehicleLi Li a , Xin Liu b and Yang Zhao c*Department of Mechanical and Electrical Engineering, Guangdong University of Science &Technology, Dongguan, Chinaa***************,b****************,c********************* The Corresponding A uthorKeywords: Motor drive system; Four rotor; Unmanned aerial vehicle; Minimum systemAbstract. The motor drive system is a servo mechanism to control the four rotor UAV (unmanned aerial vehicle) system, and it is also a key component to control the attitude and trajectory of UAV. Its performance directly affects the performance and safety of the flight control system. The working principle of the system is that the motor drive control signal can receive output of flight control computer and convert into current signal to coordinate control of four motor speed, thus the attitude and action of four rotor UAV flight are changed, and the mission set by the operator is completed to control the smooth flight of UAV.IntroductionIn recent years, with the development of electronic technology, multiple rotor unmanned aerial vehicle (UAV) are brought to the attention of the various countries in the field of civil and military fields because of its concealment and motor ability, low costs of manufacturing and maintenance and widely application[1-3].In the production of UAV, not only electric energy is used, but also diesel power can be used, so there are two driving modes: oil driven and electric drive[4-5]. The power of the oil driven mode is more powerful. It is suitable for large aero models. The general aviation model only needs lithium polymer battery[6]. In the electric model, the motor drive device is mainly used in two aspects: the model of vehicle and the model of aviation[7-8]. The motor driving device used in the aero model is mostly sensorless. Compared with the motor driving device used in the vehicle model, it is not only light weight, small volume, small internal resistance, and the starting current and starting torque are smaller, but also the price is cheaper.The four rotor UAV is powered by four motors, and the rotor symmetry is distributed in the body before and after the four direction by adjusting the motor speed control system under actuated flight. Four rotors are at the same height and radius of plane, and the structure of four rotors are the same before and after the two motor mounting anti paddle. Two motor is installed paddle and counterclockwise rotation, which can offset the aircraft during the flight of two adjacent motor torque. The main control board is placed in the middle position of the frame, which is used for receiving the control signal from the remote control transmitter. When the control signal is received four motor driving device is controlled by the operator after the digital control bus, and the control signal is converted into the motor speed by motor drive, so that the operator control request response. Hardware Design of Motor Drive SystemMotor drive system is the key to the normal operation and speed control of DC brushless motor[9], and it can detect the rotor position signal, produce and modulate PWM signal, and provide the driving chopping signal of the power switch circuit of the tube and the guide signal[10]. Finally, the motor speed is regulated by controlling the motor armature voltage. In addition, it can provide protection measures for faults such as short circuit, overcurrent, overvoltage and undervoltage that appear in the circuit. The hardware structure of motor drive system is mainly composed of voltage conversion circuit, power drive circuit, zero crossing detection circuit, status indicator circuit, voltage and current monitoring circuit, receiver processing circuit and so on. In the process of building real-time system in aviation model, theselection of controller is particularly critical. We should consider not only the data processing speed of controller, but also the function of controller.Minimum System Design. The monolithic integrated circuit is internally calibrated RC oscillator, and the internal RC oscillator is selected as the system clock source through the fuse bit programming. The monolithic microcomputer does not need to connect any components to form the system clock source externally, and the design of circuit for saving resources is simple. The design of the minimum system circuit is shown in Figure 1.Figure 1. The minimum system circuitZero Crossing Detection Circuit. Back EMF detection requires continuous comparison of virtual neutral point voltage and A, B, C three-phase terminal voltage, thus the zero crossing event of each phase induced electromotive force is obtained, as shown in Figure 2.Figure 2. The zero crossing detection circuitThere is a high frequency signal and external interference in the three-phase voltage signal. The interference signal must be filtered through the filter circuit. The filter circuit is a frequency selective circuit, and its function is to pass through the appointed frequency signal and restrain the signal on the rest of the band. This design uses the RC low-pass filter circuit to filter out the occasional instantaneous high frequency components in the circuit and pass through the three-phase voltage signal at low frequency. Taking the A phase as an example, the transfer function of the RC low pass filter circuit is shown in formula (1).1161221161221161042A PHA R U U R R j fR R C π=++ (1)1221161041221161f R R C R R =+ (2)Power Module Circuit. For any system, a stable and reliable power supply system is the foundation for the stable operation of the system. Especially in the aircraft system, if there is not a stable and reliable power supply system during the flight, it is easy to happen frying. In this design, three - core lithium polymer battery is used for power supply. Lithium polymer battery is widely used in the design of aircraft model because of its large capacity and light weight.In this design, 78L05 is used for voltage conversion. 78L05 is small and the maximum output current is 500mA, and it has the functions of thermal protection and short circuit protection. Therefore, as 5V voltage conversion chip, there is a filter capacitor designed for filtering in the circuit. The power module circuit is shown in Figure 3.Figure 3. The power module circuitBattery Voltage Detection Circuit. The battery voltage monitoring circuit is simple, and it plays the role of overvoltage protection, and its function is realized by software. The battery voltage monitoring circuit is shown in Figure 4. The voltage of the battery is collected through the resistor divider network, and then input to the ADC7 pin, where VBAT is connected to the cathode of the lithium polymer battery and the GND is connected to the battery negative pole. In the program, the actual voltage value of the battery is calculated according to the resistance ratio of the voltage divider. If it is lower than the lower limit voltage, the alarm indicator is issued. The capacitance C101 is used to eliminate the influence of high frequency ripple in the power supply.Figure 4. The battery voltage detection circuitSummaryAccording to theoretical analysis and the actual demand of the motor drive system in four rotor unmanned aerial vehicle (UAV), this paper introduced the design process of motor drive unit from two aspects of hardware and software. In the term of hardware, we designed module circuits like power-driven circuit, counter electromotive force detection circuit, status indication circuit, etc. By analyzing debugging results, it shows that the motor drive system can better realize motor start up smoothly and the commutation process.AcknowledgementsThis work is supported by Project of Dongguan Social Science and Technology Development.References[1]SH Weon, GY Kim, JH Cha, KH Park, and HI Choi. A Mapping Method for 3D Satellite and Sensorimages using A Road Extraction Algorithm for Occlusion Processing of Virtual Targets, International Journal of Computer Applications in Technology, 46 (2013), 45-53.[2]Juan Ren. 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四旋翼自主飞行器概要
四旋翼自主飞行器设计报告林，张，翁（泉州师范学院物理与信息工程学院，福建泉州362000）摘要：设计四旋翼自主飞行器，使得飞行器自主的从一个指定的区域飞到另外的一个指定区域降落并停机。
四旋翼飞行器具有四个定螺距螺旋桨，可以通过协调各个旋翼的速度来控制飞行器的飞行姿态和飞行速度，而不需要繁杂的桨矩控制部件，而且也可以共享电池、控制电路板等，因此简化了结构，减轻了飞行器重量，可以减少能源消耗。
关键字：四旋翼飞行器；电机；电调一、系统方案1.1方案描述四轴飞行器是一个具有6个自由度和4个输入的欠驱动系统,具有不稳定和强耦合等特点,除了受自身机械结构和旋翼空气动力学影响外,也很容易受到外界的干扰。
无人机的姿态最终通过调节4个电机的转速进行调整,飞行控制系统通过各传感器获得无人机的姿态信息,经过一定的控制算法解算出4个电机的转速,通过I2C接口发送给电机调速器(简称电调),调整4个电机的转速,以实现对其姿态的控制。
姿态控制是整个飞行控制的基础,根据姿态控制子系统的数学模型[4],姿态控制系统需要检测的状态有:无人机在机体坐标系下3个轴向的角速度、角度和相对地面的高度。
飞控系统担负着传感器信息采集、控制算法解算及通信等各种任务,是整个无人机的核心,其主要功能有: (1)主控制器能快速获得各传感器的数据,并对数据进行处理; (2)传感器实时检测无人机的状态,包括姿态、位置、速度等信息; (3)主控制器能与PC机进行数据交换;(4)系统能进行无线数据传输。
根据四轴飞行器实际的飞行需求,飞行控制系统一般包含主控制器、各传感器模块,通信模块和电源模块等。
其中主控制器采集各传感器的信息,通过控制算法求解出4个电机的转速,通过I2C接口发送给电调;惯性测量单元检测无人机3个轴向的角速度和加速度;高度传感器检测无人机的高度;无线数传模块用于传送控制指令,也可以在调试时用于传输传感器数据;电源模块为各传感器和主控制器提供电源。
无刷电机驱动方案
无刷电机驱动方案摘要：无刷电机驱动方案是一种新型的电机驱动技术，相较传统的有刷电机驱动方案具有更高的效能和更低的噪音特点。
本文将介绍无刷电机驱动方案的原理、优势、应用领域以及未来发展趋势。
1. 引言无刷电机（Brushless Motor）是一种采用永磁体在转子上安装，通过电子控制器驱动转子旋转的电机。
相比较传统的有刷电机，无刷电机具有更高的效能和更低的噪音。
在现代工业自动化和电动车辆等领域得到广泛应用。
而无刷电机的驱动方案是实现无刷电机运转的关键。
2. 无刷电机驱动方案的原理无刷电机驱动方案的核心部分是电子控制器，其主要功能是实时感知电机转子位置并控制电流的流向，驱动电机旋转。
无刷电机驱动方案一般采用霍尔传感器来感知转子位置，或者采用传感器无刷电机（Sensorless BLDC Motor）方案通过电压、电流、转速等参数来估算转子位置。
基于转子位置的信息，电子控制器会实时切换电流的相位，驱动电机进行旋转。
无刷电机驱动方案采用逆变器来控制电流的流向和大小，逆变器通常采用 MOSFET 或 IGBT 这类功率开关元件。
3. 无刷电机驱动方案的优势相较传统的有刷电机驱动方案，无刷电机驱动方案具有以下几个显著优势：（1）效能更高：无刷电机由于无刷子摩擦，整体效能更高。
相对于有刷电机可以提供更大的功率输出。
（2）噪音更低：由于无刷电机没有刷子的摩擦噪音，因此噪音更低。
这使得无刷电机在一些对噪音特别敏感的应用场景下更具优势。
（3）寿命更长：无刷电机由于无刷子磨损，寿命更长。
相对于有刷电机可以提供更长的使用寿命。
（4）易于维护：无刷电机由于没有刷子的磨损，维护更加方便。
相对于有刷电机可以减少维护工作量。
（5）速度范围更广：无刷电机由于不受机械刷子接点的限制，可以提供更宽广的速度范围。
相对于有刷电机可以提供更高的转速。
4. 无刷电机驱动方案的应用领域无刷电机驱动方案广泛应用于以下领域：（1）工业自动化：无刷电机广泛应用于工业机械设备、机器人等领域。
四轴飞行器毕业设计论文
四轴飞行器毕业设计论文
摘要：
本文主要介绍了一种四轴飞行器的设计与实现，以满足特定的需求。
通过对四轴飞行器的设计原理、结构、控制方法以及相关技术的介绍和分析，实现了飞行器的简单控制和稳定飞行。
通过实验验证了该设计的可行
性和优越性，为今后更复杂的四轴飞行器的设计提供了一定的基础和参考。
1.引言
2.设计原理
3.设计结构
本文设计的四轴飞行器采用过程控制方式，使用材料和组件包括主控
制器、电池、电机、螺旋桨等。
四个电机驱动四个螺旋桨，通过调节螺旋
桨的转速来实现飞行器的悬停和飞行。
4.控制方法
本文中采用PID控制器来实现对四轴飞行器的控制。
PID控制器可以
根据感知系统的反馈信号实时调整螺旋桨的转速，使飞行器能够在空中保
持平稳的飞行状态。
5.相关技术
在四轴飞行器的设计和实现过程中，涉及到的相关技术包括姿态测量、位置测量、通信协议、无线传输等。
通过这些技术的应用和优化，可以提
高飞行器的性能和使用体验。
6.实验与结果
通过实验验证了该设计的可行性和优越性。
实验结果表明，飞行器能够实现定点悬停、平稳飞行的任务，并具有较好的稳定性和控制性能。
7.结论
本文设计了一种简单的四轴飞行器，并实现了其控制和稳定飞行。
通过对该设计的分析和实验验证，证明了其可行性和优越性。
今后可以基于该设计进一步优化和发展更复杂的四轴飞行器。
基于TM4C123G的四轴飞行器控制系统
Science and Technology & Innovation ┃科技与创新·77·文章编号：2095－6835（2016）04－0077－01基于TM4C123G 的四轴飞行器控制系统向常青（长江大学电子信息学院，湖北 荆州 434000）摘 要：以TI 公司基于ARM 的32位微控制器TM4C123G 为控制核心，设计了一款四轴飞行器控制系统，实现了对四轴飞行器的姿态控制。
介绍了飞控系统硬、软件的设计方法，利用Matlab 仿真工具设计了PID 控制器，实现了四轴飞行器的平稳飞行和远程遥控。
关键词：四轴飞行器；飞行控制系统；PID 控制器；姿态解析中图分类号：TN710 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2016.04.077近年来，四轴飞行器受到了科研人员的广泛关注。
由于四轴飞行器具有垂直起降、可携带远程设备、控制灵活等优点，目前已被广泛应用于影视航拍、安防消防、农业植保、电力巡线等领域。
本研究在当前四轴飞行器控制理论与技术的基础上，选用德州仪器公司基于ARM 的32位TM4C123G 系列微处理器、三轴陀螺仪MPU6050等传感器设计了硬件系统，利用MATLAB 设计了模糊PID 控制器，并在此基础上搭建了硬件实验平台，最终实现了预期设计目标。
1 四轴飞行器的工作原理四轴飞行器使用4个独立的无刷电机作为系统的动力系统。
4个电机分别安装在十字机架的4个顶端位置。
通过控制4个电机的转速，就能控制四轴飞行器的飞行姿态。
四轴飞行器的结构模型如图1所示。
2 四轴飞行器控制系统的总体框架四轴飞行器的飞行控制系统由姿态传感器、微控制器、电子调速器和电源四大部分组成。
其中，姿态传感器用来测量四轴飞行器飞行时的姿态数据；微控制器负责对这些数据、内置状态和遥控器指令进行综合处理，然后输出4路PWM 信号控制电子调速器，以改变电机转速，实现预期的飞行姿态。
四轴飞行器的系统设计
四轴飞行器的系统设计盛希宁;蔡舒旻【摘要】四轴飞行器作为当前最热门的一种飞行器,以其体积小、质量轻、灵活便携、机动性高、能工作于各种恶劣环境等特点在安保、消防等领域得到了广泛应用.本设计以Arduino控制板为四轴飞行器的控制核心,通过6轴运动处理组件MPU6050、蓝牙模块HC-05、四个直流无刷电机、四组电子调速器、四个螺旋桨、F450机身和锂电池等构成硬件系统,以Arduino控制板读取MPU6050中三轴的电压变化量,经过低通滤器滤波后获得稳定的电压值,再转换成角度.在MultiWiiConf飞行配置软件中设定PID控制器的参数,以修正四轴飞行器的姿态控制,使飞行器的状态输出可在有限的时间内达到姿态稳定.【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】4页(P40-43)【关键词】四轴飞行器;Arduino;MultiWiiConf;PID【作者】盛希宁;蔡舒旻【作者单位】江苏联合职业技术学院常州刘国钧分院,江苏常州213000;江苏联合职业技术学院常州刘国钧分院,江苏常州213000【正文语种】中文【中图分类】V2411 四轴飞行器的平衡和飞行原理四轴飞行器又称四旋翼飞行器，其四个螺旋桨呈十字形布置，由电机直接驱动[1]。
通过改变电机的转速可使飞行器获得旋转机身的力，从而调整飞行姿态。
四轴飞行器前侧和后侧的电机均为逆时针旋转，左侧和右侧的电机则为顺时针旋转，这种相反方向转动设计可以将螺旋桨对机身的反作用力相互抵消，进而获得向上的动力。
与直升机相比，四轴飞行器可以实现的飞行姿态较少，仅有基本的前进、后退和平移等，但四轴飞行器的机械结构远比直升机简单，维修和更换零件的成本也比较低，因此四轴飞行器具有自己独特的市场应用优势。
四轴飞行器的飞行模式分十字模式和X字模式两种[2-3]。
(1)十字模式。
该模式操作方式简单，适合于四轴飞行器的初学者，其优点为操作方式简单且稳定，缺点是无法做出飞机特技。
基于stm32的四轴飞行器——开题报告
主要任务
工作地点
检查方式
2０15年月日－月日
资料整理、撰写论文
校内
现场检查
2015年月日-月日
完成初稿
校内
现场检查
2015年月日-月日
修改、定稿
校内
现场检查
201５年月日－月日
答辩
校内
现场检查
6指导教师或指导小组评价(题目、工作要点、方法、进度及准备情况):
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[17]E.Altug,J．P．Ostｒowｓki,anｄR. Mahｏny. Cｏntrol of a Quadｒoｔｏｒ ｈelicoptｅr usinｇ ｖisualｆeedｂack[Ｊ]. IEＥＥTrans．onＲobotics and Autoｍatioｎ.２０02：72-77
5工作计划：
指导教师(签名）：年月日
7学生开题报告的评审意见（是否同意进入毕业论文或毕业设计撰写阶段):
教学系主任（签字）：年月日
[1４]ﻩ王广雄.199２.控制系统设计[M].宇航出版社.
[15]ﻩ王彤.19９5.ＰＣ机在测量和控制中的应用[M].哈尔滨工业大学出版社.
［１６]ﻩKiaｍHｅong Ang,Gregｏｒy Chonｇ，StｕdeｎtMｅmｂer,ＩＥEＥ, andYunＬi，Meｍｂeｒ, IＥEＥ.ＰIＤCｏｎｔｒolSｙsｔemＡnalｙsis, Deｓign,and Tecｈnologｙ［J]．IEEE Traｎsactionsｏn Energy Coｎｖｅrsion,2005,13(4)：559~5７4．
测量数据处理：利用SＴM32F10３的高速运算速度,处理由6轴加速度传感器MＰＵ６０5０传送来的状态信息,通过数据运算处理，输出不同的PWM波形驱动高速马达带动旋翼高速旋转产生升力，采用数值运算的软件程序设计方法。使四轴飞行器可以实现稳定飞行。
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反电动势检测电路，通过不停比较中点电压和 A 相 B 相 C 相三个端点的电压，以截获每相感生电动势的过零事件。根据 MEGA8 的比较器复用功能，在比较器的输入端不断地切换这 三个端点电压，当复用功能启动时，模拟比较器的正向输入端 为 AIN0 引脚，负向输入端可以根据 ADMUX 寄存器的配置而 选择 ADC0-ADC7 任意一个管脚。 2.4 电池电压检测电路
high-power driver modules, reverse emf detection module, PWM output module, speed measurement module four parts. The design
can receive the signals which are sent by the main board to adjust the the speed by I2C communication,and it can reduce the control
社.
53
图 3 启动程序流程图
3.3 PWM 解码程序 通过检测给定频率的 PWM 信号的占空比来获取指令信
号。信号频率为 50Hz，对于电调来讲，脉宽为 1ms 表示停 转，脉宽为 2ms 表示满油门运转，其间的各点按比例换算，例 如脉宽为 1.5ms 表示 50%油门。
PWM 解码程序流程为利用定时器 T1 的脉冲捕捉功能实现
本设计采用无刷电机对四轴飞行器进行驱动，避免了有刷 电机带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等缺点，系统 提高了四轴飞行器对于控制周期及工作稳定性的高要求，能高 效地完成飞行器的驱动任务，具有一定的应用价值。
1 系统结构设计
图 1 系统结构框图
如图 1 所示，本设计的主要任务是设计能够通过遥控器 控制的针对四轴飞行器无刷电机的驱动模块，该模块的功 能：
检测模块，PWM 输出模块，转速测量模块等四部分。系统可通过 I2C 通讯接受到主控板发来的信号进行相应的调速，减少
控制周期，提高电机的响应频率。
关键词：无刷电机；驱动；I2C 通讯；单片机
Abstract：This design expounds a kind of based on MCU four shaft aircraft brushless motor drive system. The system includes
图 2 主程序流程图
3.2 无刷电机启动程序流程图 启动程序的流程：先让 AB 相通电足够长的时间，以使转
子在这个位置固定下来。然后换 AC 相、BC 相……，每步通电 时间都为上步时间的 14/15，随着转子速度的加快，每步的通 电时间越来越少，换相若干次后（实测为 32 次），则视为启动 成功，退出启动函数。图 3 即为无刷电机启动程序流程图
cycle, improve the frequency response of the motor.
Key words: Brushless motor. Drive; I2C communication; Single chip microcomputer
中图分类号：TP386.2
文献标识码：B
为了减小电路的复杂性、降低系统成本、提高可靠性，本 系统采用的功率管为 IRFR1205 和 IRFR5305，当栅极电压为 5V 时，允许的导通电流为 25A 左右，对四轴的电机来说足够了， 而且较小的允许一定程度上能保护电流不至于过大。 2.2 电流检测电路
电流检测部分应用一段阻值很小的导线，经过电机的总电 流经过导线而流向 GND，尽管导线的阻值很小，但如果电流 够大的话，应该会在导线的左端产生一个小的电压，经过电阻 和电容器进行一阶低通滤波，最后接入单片机的 ADC6 通道。 通过 A/D 转换后的值对电流大小进行检测。 2.3 反电动势过零检测电路
（3） 无 极 调 速 ： 可 通 过 遥 控 信 号 对 无 刷 电 机 进 行 无 极 调 速；
（4）转速显示：可以通过 LCD1602 显示相应的转速。 4.2 性能调试
通过对启动算法的优化以及参数的调整，无刷电机的启动 和运行更加平稳快速，取得了良好的驱动效果。 5 结论语
本设计通过对四轴飞行器无刷电机驱动的设计与制作， 实现了飞行控制板通过 I2C 通讯对四个无刷电机驱动进行统 一调速的要求。该系统能够稳定启动平稳运行，可通过接收 PWM 控制信号及 I2C 通讯信号实现无级调速，另外可通过测 速板对转速进行测量并显示在 LCD1602 上。本设计很好地 提高了四轴飞行器对于控制周期及稳定工作的高要求，能高 效地完成飞行器的驱动任务，具有一定的应用价值。
I2C 程序流程图如图 4 所示。单片机 MEGA8 工作于从机模 式，当主机发送数据时，MEGA8 会将新收到的有效数据放入 全局变量中。通过传输的开始与结束时序图可知，当 SCL 为高 时，SDA 由高到低的变化对应一个起始状态。当 SCL 为低 时，SDA 由低到高的变化对应一个结束状态。第 9 个时钟信号 时，接收端将会在 SDA 线上回应一个低电平的确认信号。这 个过程之前，发送端必须释放总线。
速； （4） 转 速 显 示 ： 利 用 红 外 对 管 对 转 速 进 行 测 量 并 用
LCD1602 显示。
2 方案的硬件系统 硬件系统的设计主要由中央处理单元、功率驱动电路、反
向电动势过零检测电路、电池电压检测电路、转速显示电路 及测速电路组成。 2.1 逆变电路及其功率驱动电路
驱动部分采用三相全桥驱动，应用三个 N 沟道和三个 P 沟 道共六个功率管，内部分别含有续流二极管。六个功率管的门 极触发信号受 ATMEGA8 单片机输出的 PWM 波控制，功率管 按一定规律通断，将直流电逆变为方波交流电给无刷直流电动 机三相绕组供电。ATMEGA8 所提供的 PWM 触发信号可保证 功率管的可靠通断[1]。
基于四轴飞行器的无刷电机驱动设计 谢 晨，等
基于四轴飞行器的无刷电机驱动设计
谢 晨 1，杜 坚 1，韩屹松 2，姜莹莹 1，陈酉江 1，韩 燕 1 （1西南石油大学电气信息学院 四川成都，610500）
（2中石油长城钻探测井公司 辽宁盘锦，124000）
摘 要：详细论述了一种基于单片机为核心的四轴飞行器无刷电机驱动系统，主要包括大功率驱动模块，反向电动势
电池电压检测电路由一个电阻分压电路组成，若电池即将 用尽，VCC 会下降，相应的单片机测得的电压也会下降，通 过 AD 端口读出当前的值，当电压值过小时报警。 3 方案的软件设计 3.1 无刷电机主程序流程图
无刷电机主程序流程图如图 2 所示。
《自动化与仪器仪表》2013 年第 5 期（总第 169 期） PWM 解码。首先初始化定时器 T1 的脉冲捕捉模块，设定捕捉 模式为上升沿触发，并使能输入捕捉中断[3-4]。 3.4 I2C 总线通讯程序
参考文献
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文章编号：1001-9227 （2013） 05-0052-02
0 引言 永磁无刷直流电微电子技术的发展而出现的一种新型电机。它是在有刷直流 电动机的基础上发展起来的，去除了电刷，极大减少了电火花 对遥控无线电设备的干扰，在运转时摩擦力大大减小，运行顺 畅，噪音低，使得模型的稳定性大大提高。近年来随着无刷控 制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争，无 刷动力系统正在高速的发展与普及阶段重，这也极大促进了模 型运动的发展[1]。
图 4 I2C 程序流程图
4 功能测试与性能调试 4.1 功能测试
通过对系统进行功能测试，来检测该设计是否达到预期要 求：
（1） 无 刷 电 机 的 驱 动 ： 可 以 很 良 好 的 驱 动 无 刷 电 机 ， 在 持续运转一分钟后系统仍然保持较低的温度；
（2） I2C 实现对电调的控制：可以通过四轴飞行器的飞 行控制板通过 I2C 总线分别控制四个无刷电调对电机的调速；
（1） 无刷电机的驱动：通过大功率 MOS 管对无刷电机
收稿日期：2013-06-25 作者简介：谢晨 （1989-），女，硕士研究生，主要研究方 向为油气测控工程。
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进行驱动，利用反向电动势进行换向检测； （2）I2C 实现对电调的控制：利用 I2C 通讯可通过遥控器
的控制利用总线对四个电调进行调速控制； （3） 无 极 调 速 ： 可 通 过 遥 控 信 号 对 无 刷 电 机 进 行 无 极 调