【《四轴飞行器控制系统的原理及总体设计案例》1200字】

四轴飞行器控制系统的原理及总体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u24866四轴飞行器控制系统的原理及总体设计案例 图22所示，其主要由MCU主控制模块、姿态传感器模块、无线通信模块、电机驱动模块组成。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11飞行器的机械结构图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12飞行器硬件结构考虑四轴飞行器的体积小，重量轻等特点，本设计选用4个55mm的桨叶，2个正桨，两个反桨，正桨顺时针转动，反桨逆时针转动；还选用了电压为3.7伏特，电流为600毫安的航模电池为电路供电；电机选用了720空心杯电机，具有启动快，制动及时等特点，经过试飞证明基本满足设计需求。1.2四轴飞行器的控制原理四轴飞行器是一个典型的欠驱动系统，通过改变四个有刷电机的转速，来改变四个螺旋桨的升力大小，达到对机身进行不同姿态控制的目的。姿态传感器采集当前飞行器的姿态信息，主控制器对姿态进行解算，并与遥控指令进行对比，主控制器将偏差值输出给PID控制器运算得出控制量，转化成PWM信号输出驱动电机控制螺旋桨，进而控制飞行器不同的姿态角和飞行状态。四轴飞行器物理结构通常有十字型和X型，他们没有本质的区别，这里选用了X型。X型飞行器的四个电机如21图所示，四个电机两两互相对称分布，对角线上的电机转向一致。其中，电机1和电机3带动两个反桨转动；电机2和电机4带动两个正桨转动，通过电机的转速从而控制螺旋桨升力的大小，四个螺旋桨相互配合，达到对飞行器各个运动状态的控制。如控制飞行器垂直上升、下降，水平向左向右等。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13四轴飞行器控制原理1.3控制系统总体设计1.3.1系统功能设计要求（1）四轴飞行器可以实现垂直起飞，垂直降落；（2）四轴飞行器可以在空中平稳飞行，水平向左向右，平稳向前向后；（3）可遥控，四轴飞行器可以与遥控器正常通信，实时返回姿态信息，如俯仰角、横滚角、偏航角等；（4）OLED能正常显示飞行器返回的数据。1.3.2系统总体设计方案为实现飞行器的功能设计，查阅飞行器设计的相关资料文献，并进行分析，分为以下两部分，飞行器系统结构框图如REF_Ref71316380\h图24所示，遥控器系统结构框图如REF_Ref71390662\h图25REF_Ref71316380\h图24所示。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s14飞行器系统结构框图图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s15遥控器系统结构框图1.3.3系统总体设计思路系统的主控制器选用STM32F103C8T6为主控芯片，主要协调各个模块有效的工作；电源管理模块主要供电和稳压；姿态采集传感器模块选用六轴传感器模块，通过IIC接口向MCU输出姿态数据；电机驱动控制模块选用4个720空心杯电机，其功率密度高、转矩低，通过调整电机的转速间接控制飞行器的运动姿态；无线远程通信采用1.4Ghz无线通信模块系统上电后，MCU驱动姿态传感器开始工作，实时采集飞行器的姿态数据，通过IIC传输协议与MCU进