1、 主 讲 人： 指导老师： 四旋翼飞行器初步讲解 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 固定翼型微飞行器 扑翼型微飞行器 旋翼型微飞行器 研究背景 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 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 空中航拍 顺丰无人快递 环境监测 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
2、翼飞行器初步讲解 四旋翼飞行器初步讲解 求 婚 四旋翼飞行器初步讲解 动力原理 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 。 捷联式惯性导航 姿态检测原理 四旋翼飞行器初步讲解 四旋翼飞行器初步讲解 飞行姿态的表示方法 1、欧拉角法 c os c os c os si n si n si n c os c os si n c os si n si ns
3、i n c os si n si n si n c os c os si n si n c os si n c ossi n c os si n c os c osR 四旋翼飞行器初步讲解 飞行姿态的表示方法 2、四元数法 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。 四旋翼飞行器初步讲解 姿态传感器 M
4、EMS陀螺仪原理 00tdt 1、角速度传感器 四旋翼飞行器初步讲解 姿态传感器 222222a r c t a n( ) , a r c t a n( )a r c t a n( )xy yz xzxyzaa aa aaaaa2、加速度传感器 四旋翼飞行器初步讲解 姿态传感器模块 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
5、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。 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。 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
6、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 控制原理 G c 1 ( s ) G c 2 ( s )G 1 ( s )G 2 ( s )+_R 1 ( s ) R 2 ( s )U 2+-+D 2 ( s )Y 2 ( s )Y 1 ( s )P I D 2P I D 1四旋翼飞行器初步讲解 总体结构设计 地 面 监 控 计 算 机无 线 通 信 模 块M C U 主 控 制 器无 线 通 信 模 块U S B 转 接 模 块传感器模块电 源 转 换 模 块3 . 7 V 锂 电 池驱动单元旋翼电机P WMI / OI/O地 面 监 控 系 统机 载 控 制 系 统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
