一、項(xiàng)目概述

1.1 項(xiàng)目摘要

四軸飛行器具有不穩(wěn)定，非線性特性，姿態(tài)控制為四軸飛行器控制系統(tǒng)的核心。機(jī)械部分搭建四個(gè)具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的螺旋槳葉和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電氣部分則采用STM32為控制核心的慣性參考模塊作為姿態(tài)控制板，通過(guò)四軸飛行器的飛行原理，建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)四軸飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)。陀螺儀，加速度，地磁計(jì)分別采集運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，姿態(tài)修正，進(jìn)行航向控制，采用PI算法進(jìn)行姿態(tài)角的閉環(huán)控制。另外運(yùn)用一塊STM32作為自主飛行控制板，兩塊主控芯片通過(guò)無(wú)線串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，當(dāng)姿態(tài)控制板受到來(lái)自飛行控制板的控制信號(hào)時(shí)，姿態(tài)控制板通過(guò)數(shù)字控制總線控制四個(gè)電調(diào)，電調(diào)再把控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電機(jī)運(yùn)行，達(dá)到飛行效果。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

四軸飛行器有著其他類型航模無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，懸停穩(wěn)定，不需要占用很大的面積空間；機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，飛行損耗成本低；可擴(kuò)展性好，在四軸飛行器上能搭載攝像頭，或者其他傳感器，應(yīng)用前景廣泛，可用于軍事，救援等特殊使命。而四軸飛行器的控制核心是姿態(tài)控制，而iNEMO模塊則為四軸飛行器搭建了基礎(chǔ)的控制硬件平臺(tái)。

二、需求分析

2.1 功能要求

(1) 傳感器要求能夠檢測(cè)四軸飛行器的航向，姿態(tài)信息。

(2) 主控器能快速獲得各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

(3) 各個(gè)電機(jī)要能進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行。

(4) 飛行控制板與姿態(tài)控制板進(jìn)行一定距離實(shí)時(shí)通訊，并能控制飛行器的快速調(diào)速以實(shí)現(xiàn)飛行控制。

(5) 通過(guò)無(wú)線通訊獲取地磁模塊地磁與加速度原始數(shù)據(jù)，通過(guò)飛行控制板進(jìn)行處理并顯示航向。

(6) 通過(guò)對(duì)電源模塊的電壓AD采樣，獲取電池電量信息并在飛行控制板上顯示

2.2 性能標(biāo)準(zhǔn)

(1) ?水平原地連續(xù)旋轉(zhuǎn)

懸停在空中1米左右，偏航測(cè)試，四軸就開(kāi)始原地連續(xù)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。這個(gè)飛行主要用于測(cè)試飛控姿態(tài)預(yù)測(cè)算法的能力。好的飛行控制算法應(yīng)該是盡量保持飛行器機(jī)身水平，不會(huì)漂移太多。

(2) ?單邊掛重物實(shí)驗(yàn)

懸停在空中，瞬間給飛行器四軸中一個(gè)軸臂上掛一個(gè)重物，對(duì)這樣沖擊力，觀察飛行器能不能快速做出反應(yīng)，時(shí)間越短越好

(3)? 加速上升或者下降

在飛行器處于懸停狀態(tài)，加速上升或者加速下降，觀察機(jī)身是否激烈抖動(dòng)，抖動(dòng)小或不抖動(dòng)抗風(fēng)能力強(qiáng)