微型四轴飞行器原理图
四轴 原理
四轴原理
四轴原理即为四旋翼飞行器的工作原理。
四旋翼飞行器由四个相对对称的旋翼组成，每个旋翼都由一个电动机驱动，并通过控制电路进行精确的调节。
四轴飞行器的飞行原理是通过对四个旋翼的转速进行精确控制，实现悬停、上升、下降、前进、后退、向左、向右平移以及旋转等多种飞行动作。
具体原理如下：
1. 升力平衡原理：四个旋翼产生的升力将飞行器维持在空中，飞行器的重力与升力平衡，实现悬停状态。
2. 空气动力学平衡原理：四个旋翼的转速可以通过电机转速控制器进行精确调节，进而调节各个旋翼产生的升力大小，实现空气动力学平衡。
3. 控制算法原理：通过搭载的传感器（如加速度计、陀螺仪、磁力计等）实时监测飞行器的姿态信息，将监测到的数据传输给飞行控制器。
飞行控制器根据姿态信息计算出相应的控制指令，通过电调调节四个旋翼的转速，控制飞行器的姿态。
如需向前飞行，则增加后面两个旋翼的转速，减小前面两个旋翼的转速，使飞行器倾斜向前。
类似地，对其他方向的飞行也是通过对相应旋翼转速的调节实现的。
4. 电源与电路原理：四轴飞行器通过电池为电动机提供能量，电路控制系统将飞行器的控制信号转化为电流和电压输出供电给电动机。
通过对四个旋翼的转速进行精确控制，在合适的气动力学平衡和姿态控制下，四轴飞行器能够实现精确悬停、稳定飞行及各种飞行动作，具有广泛的应用前景。
四旋翼飞行器结构和原理
四旋翼飞行器结构和原理1.结构形式旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。
结构形式如图1.1所示。
.工作原理四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。
四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。
四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。
在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。
（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。
当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。
（2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3 的转速下降（改变量大小应相等），电机2、电机4 的转速保持不变。
由于旋翼1 的升力上升，旋翼3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y 轴旋转，同理，当电机1 的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。
（3）滚转运动：与图b 的原理相同，在图c 中，改变电机2和电机4的转速，保持电机1和电机3的转速不变，则可使机身绕x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。
（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。
四轴飞行器课件(转)
算法上的实现
• 外环： (我的外环仅仅用了p项) • 外环输出值=p*（实际姿态解算角度值-平衡位置 姿态值-控制量） • exValue.Pitch_p =expidPitch.p*(Attitude.pitchControldata_PITCH-XStaticSet ); exValue.Roll_p =expidRoll.p*(Attitude.rollControldata_ROLL-YStaticSet ); • exValue.Yaw_p =expidYaw.p* (Attitude.yawSETYAW+Controldata_YAW);
谢谢大家
限幅
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • if( PWM_XZ<MinPeriod) PWM_XZ=MinPeriod; else if( PWM_XZ>MaxPeriod) PWM_XZ=MaxPeriod; if( PWM_XF<MinPeriod) PWM_XF=MinPeriod; else if( PWM_XF>MaxPeriod) PWM_XF=MaxPeriod; if( PWM_YZ<MinPeriod) PWM_YZ=MinPeriod; else if( PWM_YZ>MaxPeriod) PWM_YZ=MaxPeriod; if( PWM_YF<MinPeriod) PWM_YF=MinPeriod; else if( PWM_YF>MaxPeriod) PWM_YF=MaxPeriod;
内环pd
• 内环输出=p*（实际角速度值+外环输出角 度值）-d*（当前角速度-上一次角速度） • 也就是将外环输出的角度值作为期望值加 入内环控制当中。
R5F100LE控制的四旋翼自主飞行器,含原理图、程序
式 1-1
y
z ]T 为四旋翼飞行器在导航坐标系下的线位移， [ x y z ]T 为运动加速度，m
为飞行器质量， , , 分别为机体的偏航角、俯仰角和横滚角，l 为旋翼面中心到四旋翼飞行 器质心的距离，I X , IY , I Z 为轴向惯性主矩。该动力学模型对四旋翼飞行器的真实飞行状态进 行了合理的简化，忽略了空气阻力等对系统运行影响较小的参数，使得飞行控制算法更加简 洁。 2.2 PID 控制算法结构分析 在动力学模型的基础上，将小型四旋翼飞行器实时控制算法分为两个控制回路，即位置
其中， xd , yd , zd 为航姿参考系统测量到的加速度积分得到的位移量。
1.2 电机的选择与论证
四旋翼无人飞行器是通过控制四个不同无刷直流电机的转速，达到控制四旋翼无人飞行 器的飞行姿态和位置，与传统直升机通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，达到控制直升机 的目的不同。在电机的选型上，主要有直流有刷电机和直流无刷电机两种。 方案一：直流有刷电机是当前普遍使用的一种直流电机，它的驱动电路简单、控制方法 成熟，但是直流有刷电机使用电刷进行换向，换向时电刷与线圈触电存在机械接触，电机长 时间高速转动使极易因磨损导致电气接触不良等问题，而且有刷电机效率低、力矩小、重量 大，不适合对功率重量比敏感的电动小型飞行器。 方案二：直流无刷电机能量密度高、力矩大、重量轻，采用非接触式的电子换向方法， 消除了电刷磨损，较好地解决了直流有刷电机的缺点，适用于对功率重量比敏感的用途，同 时增强了电机的可靠性。
-2-
所以选择直流无刷电机作为动力源。
1.3 电机驱动方案的选择与论证
方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻 网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机 的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调 整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命 较 短、可靠性不高。 方案三:采用全桥驱动 PWM 电路。这种驱动的优点是使管子工作在占空比可调的开关状 态，提高使用效率实现电机转速的微调。并且保证了可以简单的方式实现方向控制。 基于上述理论分析，选择方案三。
全球最小四轴飞行器Crazyflie电路部分详解
全球最小四轴飞行器Crazyflie电路部分详解上网日期: 2016年02月16日Crazyflie是目前全世界最小的四轴飞行器，仅重19克，相对的两翼之间长度为9厘米。
有两个不同的版本，区别在于传感器的数量。
这个小四轴飞行器可以在空中飞行长达7分钟,通过一个标准的USB接头给锂聚合物电池充电需要约20分钟。
它的电路部分到底是如何实现的？且听我慢慢道来。
1. 电气原理从中心开始：72M主频的M3内核的处理器来处理各传感器数据，并对四个旋翼进行控制达到想要的效果。
往上：通过IIC接口与三轴陀螺仪、三轴加速度计（也就是MPU6050）、磁力计、气压计等传感器连接获取传感器数据，来感知载体（也就是四轴机体）的姿态（这里的姿态包括俯仰、横滚、航向）和高程。
往下：通过PWM调节四个电机驱动器来驱动四个电机转动，由于电机带有螺旋桨转动而产生所谓的“升力”。
往右：通过SPI协议接口与无线芯片通讯，回传载体数据和接收控制信号，还有外部扩展接口。
往左：电源管理部分。
2. 电池电池使用的是锂电池（锂离子聚合物电池），是目前流行的遥控模型电池。
但锂电池必须按照规定使用，过冲、过放都会产生安全隐患。
由于它具有最高的电能/质量比和最大的放电电流，所以也是比较适合的选择。
为了应付锂电池的这些缺点，我们使用电路保护模块（PCM）来防止电量不足、过放电或者短路。
PCM 位于电池上部的橙色胶带下面，从中引出两条电源线。
但是这种保护是远远不够的，还需要有专门的充放电管理电路来保护。
比如电气原理图的Power Mangment and Charging部分。
PCM 的参数如下：3. 电源管理电源管理主要是由TI BQ24075 电源管理芯片来完成。
它能开/关和给锂电池充电。
BQ24075有三种输入限制模式，100mA，500mA和用户自定义（Crazyflie设置740mA）。
当将Crazyflie 接上普通电源适配器时就可以使它能快速的充电。
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。
四轴
四轴四轴（1）-飞行原理总算能抽出时间写下四轴文章，算算接触四轴也两年多了，从当初的模仿到现在的自主创作经历了不少收获了也不少。
朋友们也经常问我四轴怎么入门，今天就简单写下四轴入门的基本知识。
尽量避开专业术语和数学公式。
1、首先先了解下四轴的飞行原理。
四轴的一般结构都是十字架型，当然也有其他奇葩结构，比如工字型。
两种的力学模型稍微有些不一样，建议先从常规结构入手（其实是其他结构我不懂）。
常规十字型结构其他结构常规结构的力学模型如图。
力学模型对四轴进行受力分析，其受重力、螺旋桨的升力，螺旋桨旋转给机体的反扭矩力。
反扭矩影响主要是使机体自旋，可以想象一下直升机没有尾桨的情况。
螺旋桨旋转时产生的力很复杂，这里将其简化成只受一个升力和反扭矩力。
其它力暂时先不管，对于目前建模精度还不需要分析其他力，顶多在需要时将其他力设为干扰就可以了。
如需对螺旋桨受力进行详细研究可以看些空气动力学的书，推荐两本，空气螺旋桨理论及其应用（刘沛清，北航出版社）空气动力学基础上下册（徐华舫，国防科技大学）网易公开课：这个比麻省理工的那个飞行器构造更对口一些。
荷兰代尔夫特理工大学公开课：空气动力学概论以上这些我是没看下去，太难太多了，如想刨根问底可以看看。
解释下反扭矩的产生：电机带动螺旋桨旋转，比如使螺旋桨顺时针旋转，那么电机就要给螺旋桨一个顺时针方向的扭矩（数学上扭矩的方向不是这样定义的，可以根据右手定则来确定方向）。
根据作用力与反作用力关系，螺旋桨必然会给电机一个反扭矩。
在转速恒定，真空，无能量损耗时，螺旋桨不需要外力也能保持恒定转速，这样也就不存在扭矩了，当然没有空气也飞不起来了。
反扭矩的大小主要与介质密度有关，同样转速在水中的反扭矩肯定比空气中大。
因为存在反扭矩，所以四轴设计成正反桨模式，两个正桨顺时针旋转，两个反桨逆时针旋转，对角桨类型一样，产生的反扭矩刚好相互抵消。
并且还能保持升力向上。
六轴、八轴…类似。
我们控制四轴就是通过控制4个升力和4个反扭矩来控制四轴姿态。
四轴
11. 外形2.工作原理旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。
结构形式如下图所示。
对于姿态测量和控制来说，两种方式差别不大．对于姿测量和控制来说两种方式差别不大考虑到可能会使用图像相关传感器，为了使视线不被遮挡，所以大部分采用Ｘ模式。
飞行器运动方向行动方向“十”字模式“Ｘ”字模式四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。
四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。
微型飞行器的动力学模型如图所示飞行器载体坐标系，原点固定于飞行器的重心，以坐标轴，分别指向飞行飞行器载体标系原点固飞行器标别指向飞行器的前( 横滚轴)右( 俯仰轴) 和下( 偏航轴) 方向选取导航坐标系为参考坐标系，分别指向北东和当地垂线向下方向和分别代表飞行器受到转矩和升力图，四旋翼飞行器动力学模型四旋翼飞行器产生基本动作的原理为: 电机1和3逆时针旋转驱动两个反桨产生升力，电机2和4顺时针旋转驱动两个正桨产生升力．反向旋转的两组电机和桨使其各自对机身产生的转矩相互抵消，保证4个电机转速一致时机身不发生转动。
电机1和4转速减小( 增大) ，同时电机2和3转速增大( 减小) ，产生向前( 后)()同时电机()产生向前()方向的运动．电机1和2转速减小( 增大) ，同时电机3和4转速增大( 减小) ，()方向的运动()()产生向左( 右) 方向的运动．4个电机转速同时增大( 减小) 产生向上( 向下) 的运动．对角线的电机一组转速增大，另一组转速减小产生自身旋转运动。
3.四旋翼的基本组成：3.1电机、电调、正反桨、电池、机架、遥控、飞控。
3.2电机的种类：分为有刷和无刷两类。
有刷主要有空心杯和碳刷型的直流电机，主要是可以体积做到非常小，价格相对来说便宜。