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瑞萨四轴飞行器设计(遥控板+主控板)全部资料开源

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四轴飞行器原理介绍:

        四轴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。结构上,本次应用中使用四轴飞行器的飞行模式是X 模式,如图所示,四轴飞行器的四个电机一对正转,一对反转使得垂直方向旋转的反扭矩平衡, 从而保证了飞行的稳定。四轴飞行器可以用作航拍、玩具等,在我们生活中已经越来越常见。

四轴飞行器整机正面和背面:

四轴飞行器硬件结构框图:

四轴飞行器飞行模式(X 模式)

四轴飞行器的基本飞行状态可以分为:垂直飞行、水平飞行(俯仰和翻滚)、偏航飞行,详见说明见附件内容。

  • PID 平衡控制

对于四轴飞行器平衡控制算法中,电机的转速并不是单独由油门来决定,而是以油门为基准整合上空间三轴俯仰(Pitch)、翻滚(Roll)和偏航(Yaw)的控制量来决定,如下公式所示。例如,四轴飞行器机头向下倾斜时(对应俯仰),为了达到平衡,电机3 和电机4 增大转速,电机1 和电机2 减小转速,此时俯仰控制量应该向负增大(控制量的正负由姿态芯片MPU6050 摆放决定)。

  • 上述的三轴控制量则由本系统中使用的增量式PD 控制得到(PID 控制算法的一种)。以俯仰控制量为例,MPU6050 可以得到空间三轴的旋转角速率,正好是角度的微分,所以可以得到以下计算公式。

       由于实际偏航角(Yaw)无法由MPU6050 测得,需要用电子罗盘,但是电子罗盘在四个电机的电磁作用下,精度受影响较大,所以上式中偏航(Yaw)控制量去除比例项,仅由微分项得到。MPU6050 的姿态刷新频率约为10ms 一次。

四轴飞行器硬件+软件设计分析截图:

电路相关文件

电路图文件
硬件设计.zip
描述:主控板+遥控板(原理图、PCB、bom清单)
源代码
源码.zip
描述:源码(主控板+遥控板)
教程
设计分析.zip
描述:设计分析
其他文件
概要.zip
描述:设计概要
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发布于 2016 年 08 月 17日
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