四旋翼飞行器初步讲解

四旋翼飞行器初步讲解
2、四元数法
飞 行 姿 态 的 表 示 方 法
刚体绕固定点的任一位移，可由绕通过此点 的某一轴转过一个角度而得到。 用来表示3D物体的方位及旋转。
四旋翼飞行器初步讲解
常见的姿态测量器件有角速度计、加速 度计、磁力计、气压计，超声波传感器和 GPS 等等。 基于MEMS技术的加速度传感器和陀螺 仪具有抗冲击能力强、可靠性高、寿命长、 成本低等优点，是适于构建姿态检测系统的 惯性传感器。
随着MEMS技术的发展，四旋翼飞行器得 以小型化、微型化
四旋翼飞行器初步讲解
输电线路巡查
环境监测
顺丰无人快递
空中航拍
四旋翼飞行器初步讲解
用于建筑物内勘测
四旋翼飞行器初步讲解
多智能体集群协作，空中壁障
四旋翼飞行器初步讲解
德国crazy开源微型四旋翼
国内某大学微型四旋翼飞行器
四旋翼飞行器初步讲解
四旋翼飞行器初步讲解
主 讲 人： 指导老师：
四旋翼飞行器初步讲解
一、研究背景 二、动力原理 三、姿态检测原理 四、控制算法 五、实际选材介绍
四旋翼飞行器初步讲解
研 究 背 景
固定翼型微飞行器
扑翼型微飞行器
旋翼型微飞行器
四旋翼飞行器初步讲解
四旋翼飞行器初步讲解
早期的四旋翼飞行器
四旋翼飞行器初步讲解
四旋翼飞行器初步讲解
控 制 原 理
串级PID控制器的原理及优点 串级控制系统的典型结构图如图1所 示，系统中有两个PID控制器称为副调 节器传递函数，包围的内环成为副回 路。称为主调节器传递函数，包围的 外环称为主回路。主调节器的输出量 作为副回路的给定量。相对单环PID其 优点是将干扰加到副回路中，由副回 路控制对其进行抑制。副回路中参数 的变化，由副回路给予控制，对被控 对象的影响大为减弱。副回路的惯性 由副回路给予调节，因而提高了整个 系统的响应速度。
四旋翼飞行器初步讲解
1、角速度传感器
姿 态 传 感 器
MEMS陀螺仪原理
0 dt
0
t
四旋翼飞行器初步讲解
2、加速度传感器
姿 态 传 感 器
arctan( arctan(
2 2 ax ay
az ax a a
2 y 2 z
), arctan( )
四旋翼飞行器初步讲解
D2(s)
G2(s)
R1(s)
+
Gc1(s)
_
R2(s) U2 +
+
Gc2(s)
Y2(s)
-
+
PID2
G1(s)
Y1(s)
控 制 原 理
PID1
四旋翼飞行器初步讲解
地面监控计算机
地面监控系统
USB转接模块
总 体 结 构 设 计
无线通Βιβλιοθήκη Baidu模块
无线通信模块 传 感 器 模 块
I/ O
求 婚
四旋翼飞行器初步讲解
动 力 原 理
四旋翼飞行器初步讲解
垂直运动
俯仰、翻滚运动
偏航运动
四旋翼飞行器初步讲解
捷联式惯性导航
姿 态 检 测 原 理
捷联式惯性导航系统是把惯性元件,即 陀螺仪和加速度计固定在运机体上, 分别测 量运机体相对惯性空间的三个转动角速度和 三个线加速度沿运机体坐标系的分量 , 经过 计算 , 得到运机体的位置、速度、航向和水 平姿态等各种导航信息。
机载控制系统
驱 动 单 元 旋 翼 电 机
I/O
PWM
MCU主控制器
电源转换模块 3.7V锂电池
四旋翼飞行器初步讲解
上 位 机 界 面
四旋翼飞行器初步讲解
实际选材介绍
四旋翼飞行器初步讲解
1、欧拉角法
飞 行 姿 态 的 表 示 方 法
cos cos cos sin sin sin cos cos sin cos sin sin R sin cos sin sin sin cos cos sin sin cos sin cos cos sin cos cos sin
ay a a
2 x 2 z
)
四旋翼飞行器初步讲解
设计采用 InvenSense 公司生产的 整合性6轴运动处理组件； MPU-6050 整合了 3 轴角速度和 3 轴加速度传感器， 免除了组合陀螺仪与 加速计时存在的轴差问题，减少了大量 的包装空间。 其具备较低功耗：陀螺仪工作电流 5mA，待机电流仅 5uA；加速计工作电 流 500uA，在 10Hz 低功耗模式下仅 40uA。 陀螺仪和加速计都具备 16 位 ADC 同步，接口采用可高达 400kHz 的快速 模式 IIC。 具备较小的 4mm*4mm 的 QFN 封 装，减少占据面积；
根据各传感器不同的特点有不同的融合算法得到欧拉角。 如互补滤波、卡尔曼滤波。
姿 态 传 感 器 模 块
四旋翼飞行器初步讲解
控 制 原 理
国际相关研究都着重进行了姿态 控制器的设计与验证，结果表明：尽 管采用非线性控制律能够获得很好的 仿真效果，但由于对模型准确性有很 强的依赖，以及受到嵌入式平台的处 理能力的限制，其实际控制效果反而 不如PID控制策略。