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大热的四轴飞行器设计_软硬件参考方案

MEMS/传感技术

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描述

一、项目概述

1.1 项目摘要

四轴飞行器具有不稳定,非线性特性,姿态控制为四轴飞行器控制系统的核心。机械部分搭建四个具有对称结构的螺旋桨叶和驱动电机。电气部分则采用STM32为控制核心的惯性参考模块作为姿态控制板,通过四轴飞行器的飞行原理,建立数学模型,设计四轴飞行器的姿态控制系统。陀螺仪,加速度,地磁计分别采集运动轨迹数据,姿态修正,进行航向控制,采用PI算法进行姿态角的闭环控制。另外运用一块STM32作为自主飞行控制板,两块主控芯片通过无线串口进行数据传送,当姿态控制板受到来自飞行控制板的控制信号时,姿态控制板通过数字控制总线控制四个电调,电调再把控制信号转化为电机转速控制电机运行,达到飞行效果。

1.2 项目背景/选题动机

四轴飞行器有着其他类型航模无可比拟的优势,悬停稳定,不需要占用很大的面积空间;机械结构简单,维护方便,飞行损耗成本低;可扩展性好,在四轴飞行器上能搭载摄像头,或者其他传感器,应用前景广泛,可用于军事,救援等特殊使命。而四轴飞行器的控制核心是姿态控制,而iNEMO模块则为四轴飞行器搭建了基础的控制硬件平台。

二、需求分析

2.1 功能要求

(1) 传感器要求能够检测四轴飞行器的航向,姿态信息。

(2) 主控器能快速获得各个传感器的数据,并进行数据处理。

(3) 各个电机要能进行实时调速,实现稳定飞行。

(4) 飞行控制板与姿态控制板进行一定距离实时通讯,并能控制飞行器的快速调速以实现飞行控制。

(5) 通过无线通讯获取地磁模块地磁与加速度原始数据,通过飞行控制板进行处理并显示航向。

(6) 通过对电源模块的电压AD采样,获取电池电量信息并在飞行控制板上显示

2.2 性能标准

(1)  水平原地连续旋转

悬停在空中1米左右,偏航测试,四轴就开始原地连续旋转起来。这个飞行主要用于测试飞控姿态预测算法的能力。好的飞行控制算法应该是尽量保持飞行器机身水平,不会漂移太多。

(2)  单边挂重物实验

悬停在空中,瞬间给飞行器四轴中一个轴臂上挂一个重物,对这样冲击力,观察飞行器能不能快速做出反应,时间越短越好

(3)  加速上升或者下降

在飞行器处于悬停状态,加速上升或者加速下降,观察机身是否激烈抖动,抖动小或不抖动抗风能力强

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