四轴飞行器之螺仪
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。
四轴飞行器-概念扫盲
四轴飞行器-概念扫盲最近一个月，在朋友傻鱼的帮助下，搭建起一套四轴飞行器。
鉴于四周飞行器、智能家庭之类的，都是各类Geek蛋疼而毫无创新的爱好，所以给各位分享下其中的一些基本概念。
作为扫盲帖，不含有任何高级内容，内行请直接略过。
先来个照片：首先谈谈四轴的原理，就是4个螺旋桨，对角的两个旋转方向相同，相邻的旋转方向相反。
顺时针转的叫反桨，逆时针转的叫正桨。
所以当他们转速相同时，就可以抵消旋转上带来的反作用力，不至于自己打转。
当然也就不需要直升机的尾桨了。
当然任何东西的制造都有误差，一套四轴飞起来以后，难免各个螺旋桨，机架的平衡等存在些问题。
所以安装后有个很必要的调试的过程，调试以后，过小的误差，就由飞控自己解决了。
也就是确保遥控器没有动作信号时，自己保持平衡。
鉴于四轴的复杂性，没有飞控基本别指望靠手来起飞。
分别讲各个配件吧。
**机架** ：就是个架子，用来把各种东西拼上去。
有不同的材料，价格差异也较大。
我买的是SK450，塑料的，比较重，相当的结实，至今没有摔坏。
追求高性能的可以选碳纤维机架的，会轻不少，比如X450、X600。
这里的数字是指轴距，比如SK450和X450的轴距就是450mm。
也就是对角线两个轴之间的距离。
机架上的电机安装座决定了你能安装什么样的电机，轴距决定了最大可以安装多大的桨。
450mm轴距的机架可以安装最大10英寸的桨。
一般初学时买个塑料机架玩玩就好，玩熟悉了可以依据动手能力酌情选择碳纤维或者自己做。
我一开始就是选择这样一个可以尽快飞起来的机架，毕竟系统的迭代要以第一次可运行为基础。
最近开始考虑自己做机架了。
SK450的一个腿的重量就有41克。
而最近发现买IC时带的IC管子，一根20cm的也才不到10克，硬度却是够用的。
105元。
**电机** ：这玩意讲究可就多了。
一般玩四轴的也就是22xx 系列的规格。
我用的是朗宇的A2212-KV980。
2212是其尺寸规格，具体我就不列出了。
四轴(多轴)飞行器概述
四轴（多轴）飞行器概述一、简介四轴（多轴）飞行器也叫四旋翼（多旋翼）飞行器它有四个（多个）螺旋桨，四轴（多轴）飞行器也是飞行器中结构最简单的飞行器了。
前后左右各一个，其中位于中心的主控板接收来自于遥控发射机的控制信号，在收到操作者的控制后通过数字的控制总线去控制四个电调，电调再把控制命令转化为电机的转速，以达到操作者的控制要求，前后马达是顺时针转动，需要安装反桨，左右马达是逆时针转动，需要安装正桨，机械结构上只需保持重量分布的均匀，四电机保持在一个水平线上，可以说结构非常简单，做四轴的目的也是为了用电子控制把机械结构变得尽可能的简单。
二、控制原理四轴飞行器的控制原理就是，当没有外力并且重量分布平均时，四个螺旋桨以一样的转速转动，在螺旋桨向上的拉力大于整机的重量时，四轴就会向上升，在拉力与重量相等时，四轴就可以在空中悬停。
在四轴的前方受到向下的外力时，前方马达加快转速，以抵消外力的影响从而保持水平，同样其它几个方向受到外力时四轴也是可以通过这种动作保持水平的，当需要控制四轴向前飞时，前方的马达减速，而后方的马达加速，这样，四轴就会向前倾斜，也相应的向前飞行，同样，需要向后、向左、向右飞行也是通过这样的控制就可以使四轴往我们想要控制的方向飞行了，当我们要控制四轴的机头方向向顺时针转动时，四轴同时加快左右马达的转速，并同时降低前后马达的转速，因为左右马达是逆时针转动的，而左右马达的转速是一样，所以左右是保持平衡的，而前后马达是顺时针转动的，但前后马达的转速也是一样的，所以前后左右都是可以保持平衡，飞行高度也是可以保持的，但是逆时针转动的力比顺时针就大，所以机身会向反方向转动，从而达到控制机头的方向。
这也是为什么要使用两个反桨，两个正桨的原因。
三、电调我们平时用的商品电调是通过接收机上的油门通道进行控制的，这个接收机出来的控制信号一般都是20mS 间隔的PPM脉宽控制信号，而四轴为了提高响应的速度，需要控制命令的间隔更短-比如说5mS，所以就需要特殊的电调而不能用普通的商品电调，但是为什么要使用I2C总线跟电调连接呢，这个跟电路设计以及软件编写等有关，I2C总线在硬件连接上可以多个设备直接并连在总线上，它有相应的传输机制保证主机与各个从机之前顺畅沟通，这样连接就比较的方便，所以四个电调的控制线是并接在一起连到主控板上就可以了，这个也跟我们选用的芯片相关，很多单片机都有集成I2C总线的，软件设计起来也得心应手。
四轴飞行器的飞行原理
四轴飞行器的飞行原理
四轴飞行器是一种近年来越来越流行的无人机。
它的飞行原理虽然复杂，但是我们可以简单地理解为受力平衡和控制。
首先，四轴飞行器由四个螺旋桨驱动。
它们分成两个对称的框架，对
称轴相遇并且各有两个桨叶。
每一对桨叶都以相反的方向旋转，从而
产生向上或向下的扭矩。
由于这些旋转后的力量可以在任何方向上表
现出来，并且由于它们可以以不同的速度旋转，四轴飞行器的飞行方
向可以被完全控制。
其次，四轴飞行器利用陀螺仪、加速度计和地磁仪等设备来保持平衡。
陀螺仪可以测量飞行器的转动速度，从而帮助控制器调整螺旋桨的转
速以实现平衡。
加速度计可以测量加速度，以检测飞行器的位置。
地
磁仪则可以检测磁场方向，从而确定飞行器的方向。
最后，四轴飞行器还需要一个控制器来运行上述设备。
控制器接收从
各种传感器收集的数据，并根据设定参数进行计算。
控制器将计算结
果发送给电调，以使螺旋桨转速实现平衡和控制。
综上所述，四轴飞行器的飞行原理可以概括为通过四个螺旋桨的力量
实现受力平衡，并利用陀螺仪、加速度计和地磁仪等设备保持平衡，
再通过控制器控制螺旋桨的转速实现飞行方向的控制。
四轴飞行器的飞行原理非常复杂，需要多种装置和设备的协同作用，以实现高度自由的空中飞行。
四轴总结范文
四轴总结1. 什么是四轴飞行器？四轴飞行器是一种无人机，由四个电动马达驱动四个螺旋桨提供升力，实现飞行控制。
它是最简单、最常见的多旋翼飞行器类型之一。
2. 四轴结构四轴飞行器主要由以下几个组件构成：•机身框架（Frame）：通常是由轻质材料如碳纤维或铝合金制成，提供了安装电子元件和电动马达的支撑框架。
•电动马达（Motor）：四个电动马达分别安装在飞行器的四个角落，用来驱动螺旋桨提供升力。
通常使用无刷电机，具有高功率输出和高效能的特点。
•螺旋桨（Propeller）：四个螺旋桨与电动马达相连接，通过旋转提供升力。
螺旋桨的旋转速度和推力控制着飞行器的姿态和高度。
•飞行控制器（Flight Controller）：飞行控制器是四轴飞行器的大脑，负责接收来自传感器的数据，并通过对电动马达的控制来实现飞行器的稳定飞行。
•电子速调（ESC）：电子速调连接电动马达和飞行控制器，将控制信号传输给电动马达并调节电动马达的转速。
•电池（Battery）：提供飞行器所需的电能。
电池的容量和电压决定了飞行器的续航时间和飞行能力。
•无线遥控器（RC Transmitter）：通过无线信号与飞行器进行通信，控制飞行器的起飞、降落、姿态控制等操作。
3. 四轴飞行原理四轴飞行器借助传感器和飞行控制器实现飞行。
基本的飞行原理如下：1.姿态感知：飞行控制器通过加速度计和陀螺仪感知飞行器的姿态。
加速度计测量飞行器的加速度，以及地心引力在飞行器上的分量，从而确定飞行器的姿态。
陀螺仪测量飞行器在各个轴上的旋转速度。
2.姿态控制：飞行控制器根据姿态感知的数据，计算并调整电动马达的转速，使得飞行器保持平衡。
通过调整转速，飞行控制器可以控制飞行器的俯仰、横滚和偏航。
3.高度控制：飞行控制器使用气压计或超声波等传感器感知飞行器的高度，并通过调节电动马达的转速来控制飞行器的升降。
通过增加或减少升力，飞行器可以上升或下降。
4.遥控操作：无线遥控器发送无线信号给飞行器，控制其飞行。
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。
四轴飞行器的工作原理
四轴飞行器的工作原理
四轴飞行器是一种无人机，它由四个电动马达驱动的旋翼组件组成。
这些旋翼组件位于飞行器的四个角落，通过不同的旋翼速度和倾斜角度来实现飞行和悬停。
电调控制
每个电动马达通过电调来控制旋翼的转速和旋翼的倾斜角。
电调接收飞行控制器发送的指令，然后控制马达的速度以及旋翼的倾斜角度，从而使飞行器实现不同方向的飞行和悬停。
加速度计和陀螺仪
四轴飞行器还配备了加速度计和陀螺仪，这些传感器用来感知飞行器的姿态和位置。
加速度计测量飞行器的加速度，陀螺仪测量飞行器的旋转速度。
这些数据被发送到飞行控制器，用来调整电调的输出，从而维持飞行器的稳定飞行和悬停。
遥控器
飞行器的飞行可以通过遥控器来实现，飞行员通过遥控器发送指令给飞行器，从而控制飞行器的飞行方向、速度和高度。
遥控器通过无线信号和接收器连接到飞行控制器，将飞行员的指令转化为电调的控制参数。
姿态控制
四轴飞行器的飞行姿态通过电调控制四个旋翼的转速和倾斜角来实现。
在飞行过程中，加速度计和陀螺仪的反馈数据被飞行控制器实时处理，以保持飞行器的平稳飞行状态。
姿态控制是四轴飞行器能够实现精确悬停和各种飞行动作的基础。
总结
四轴飞行器的工作原理主要依靠电调、加速度计和陀螺仪、遥控器以及姿态控制系统。
通过这些关键组件的协同作用，四轴飞行器能够实现稳定的飞行和悬停，成为现代航空领域的重要应用之一。
基于四旋翼飞行器的陀螺仪、加速度计、磁力计传感器说明
一什么是磁力计、加速度计和陀螺仪以及他们之间的区别1、什么是陀螺仪、加速度计和磁力计？（1）陀螺仪（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，三轴陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。
三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向（合成方向同样可分解为三轴坐标），最终可判断出设备的移动轨迹和加速度。
也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出设备当前运动状态，是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢，是加速（角速度）还是减速（角速度）呢，都可以实现，但是要判断出设备的方位（东西南北），陀螺仪就没有办法。
（2）加速度计（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感应器，实际上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度则只是地表垂直方向加速度），加速度计测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ），这一点又有点类似于陀螺仪，但陀螺仪的更多关注自身旋转情况（原位运动），加速计则主要是测量设备的受力情况，也就是三轴运动情况，尽管加速计也可能在某个小范围换算出角速度的可能，但设计原理决定似乎更适合于空间运动判断。
（3）磁力计（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用于测试磁场强度和方向，定位设备的方位，磁力计的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。
2、陀螺仪、加速度计和磁力计三个传感器强项（1）陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动。
（2）加速度计的强项在于检测设备的受力情况。
（3）磁力计的强项在于检测设备的方位。
3、具体作用：陀螺仪知道“我们转了个身”，加速计知道“我们又向前走了几米”，而磁力计则知道“我们是向西方向”的。
二问答（1）在飞行器中使用的磁力计、加速度计、陀螺仪等传感器在安装之前为什么要先校准？答案：由于一般传感器的精度会随着使用的时间和温度变化而变化，时间久了，传感器会有一定的零点漂移，这时候就要对它进行标定，将传感器在使用中或存储后进行的性能复测称为校准，其本质与标定是相同的。
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ADXRS610的工作原理
ADXRS610的工作原理
• ADXRS610采用BGA－32型金属壳表贴式封装， 其引脚排列的底视图如图figure3。需要说明几点： 第一，图中的“＋”字交叉点代表转动轴（Z轴）， 箭头方向表示转动方向，因为所画的是底视图， 所以从正面看应为顺时针方向旋转（下同）；第 二，32个引脚按照7行（1～7）、7列（A～G） 的矩阵形式对称分布，每个引脚的坐标位置用所 在行、列的序号来表示，并且每两个引脚划分成 一组，互相连接后作为一个引出端，以CP4引出 端为例，它所对应的两个引脚坐标分别是第6行第 A列和第7行第B列，记做6A，7B，余者类推。采 用这种结构能使引脚与外围电路的接触更加可靠； 第三，金属外壳在内部与GND端连通。
角速度的电压输出值
• 当陀螺仪静止，即旋转脚为0度时 RATEOUT引脚电压输出值：Vo=2.5v。 • 当飞行器发生偏转时， RATEOUT引脚电 压输出值Vout • 角速度： w = (Vout -Vo) / 5mV /°/s 。
控制算法
• 德国人的控制算法的核心是对角速度做PI计 算，P的作用是使四轴能够产生对于外界干 扰的抵抗力矩，I的作用是让四轴产生一个 与角度成正比的抵抗力。 • 如果只有P的作用，将四轴拿在手上就会发 现，四轴能够抵抗外界的干扰力矩的作用， 而且这个抵抗力非常快速，只要手妄图改 变四轴的转速，四轴就会产生一个抵抗力 矩，但是，如果用手将四轴扳过一个角度， 则四轴无法自己回到水平的角度位置，这 就需要I的调节作用。
控制算法
• 对角速度做I（积分）预算实际得到的 就是角度，德国人四轴里面用的也是 角度值，如果四轴有一个倾斜角度， 那么四轴就会自己进行调整，直到四 轴的倾角为零，它所产生的抵抗力是 与角度成正比的，但是，如果只有I的 作用，会使四轴迅速产生振荡，因此， 必须将P和I结合起来一起使用，这时 候基本上就会得到德国四轴的效果了。
三.ADXRS系列陀螺仪
• ADXRS系列陀螺仪是由美国模拟器件公司 制造，采用集成微电子机械系统(iMEMS)专 利工艺和BIMOS工艺的角速度传感器，内 部同时集成有角速率传感器和信号处理电 路。iMEMS陀螺仪目前有ADXRS和 ADIS 两个系列产品。本次四轴项目采用的是 ADXRS610。与任何同类功能的陀螺仪相 比，ADXRS系列陀螺仪具有尺寸小、功耗 低、抗冲击和振动性好的优点。
• 2、测量偏航角速度（以下简称为角速度） 的范围是±300rad/s，灵敏度为5mV/rad/s， 零位输出电压为2.50V，非线性误差为 ±0.1%F.S.，稳定度为±0.03 rad /s，－ 3dB带宽为40Hz，固有频率为14kHz，角速 度噪声密度为0.2 rad /s/ 。通过外部电阻 和电容还可分别设定测量角速度的范围、 带宽及零位输出电压。
各引脚的功能如下
• VCC为正模拟电源端；AGND为模拟地；PGND 为泵电源的地；VDD为泵电源的输入端，接VCC； 在CP5与AGND端之间接泵电源的高压滤波电容； 在CP3－CP4、CP1－CP2之间分别接0.022μF的 泵电容；RATEOUT为角速度的电压信号输出端 （零点电压为2.50V）；SUMJ为输出放大器的求 和点（即输出电压的调零端）；2.5V端为＋2.5V 精密基准电压输出端；TEMP为温度信号电压放 大器的输出端；ST1和ST2分别为角速度传感器1、 2的自检端。
• ADXRS系列陀螺仪利用科里奥利(Coriolis)加速度 来测量角速度。由径向速度引起的切向速度的速率 增加，这就是科里奥利加速度。
• 陀螺仪通过使用一种类似于人在一个旋转平台 移出或移入的谐振质量元件，利用科里奥利效 应来测量角速度。图2示出了ADXRS系列陀螺 仪完整的微机械结构，陀螺仪通过附着在谐振 体上的电容检测元件测量谐振质量元件及其框 架由于科里奥利效应产生的位移。
ADXRS610的性能特点
• 1、ADXR610是基于“音叉陀螺仪” （tuning fork gyro）的原理，采用表面微机 械加工工艺和Bi－CMOS半导体工艺而制成 的功能完善、价格低廉的角速度传感器。 其内部包含两个角速度传感器、共鸣环、 信号调理器等元件及电路，真正实现了角 速度陀螺仪的单片集成化。其输出电压与 偏航角速度成正比，电压的极性则代表转 动方向（顺时针转动或逆时针感器、＋ 2.5V基准电压源和电荷泵式DC／DC电源变 换器，并具有自检功能。芯片内部的温度 传感器不仅能测量环境温度，还可用来对 角速度传感器的输出电压进行温度补偿， 以便构成精密角速度检测系统。
• 4、抗振动、抗冲击能力强、超小型、超轻 薄化。其外形尺寸仅为7mm×7mm×3mm， 质量小于1g，很容易固定在转动物体上。 • 5、采用＋5V电源供电，电源电压允许范围 ＋4.75V～＋5.25V，电源电流的典型值为 5mA，工作温度范围－40℃～＋85℃。
关于四轴飞行器 ---陀螺仪
一、引言
• 陀螺：绕自身对称轴高速旋 转的刚体 • 陀螺仪：陀螺+支撑及辅组装 置，实现某种测量功能
引言
• 陀螺仪作为一种惯性测量器件，是惯性导 航、惯性制导和惯性测量系统的核心部件， 广泛应用于军事和民用领域。传统的陀螺 仪体积大、功耗高、易受干扰，稳定性较 差。
二、陀螺仪的原理和构造