四旋翼飞行器飞行原理

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。

2.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。

四旋翼飞行器结构和原理

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，

动态系统建模仿真 实验报告（2）

姓 名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 院 系 ：

2014.12.28

1

四旋翼飞行器仿真

1实验内容

基于Simulink建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制； 建立GUI界面，能够输入参数并绘制运动轨迹；

基于VR Toolbox建立3D动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。 2实验目的

通过在 Matlab 环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下内容： 四旋翼飞行器的建模和控制方法

在Matlab下快速建立虚拟可视化环境的方法。 3实验器材

硬件：PC机。

工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。 4实验原理 4.1四旋翼飞行器

四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行， 原理与直升机类似。 四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前，后，左，右四端，如图 1 所示。旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。

图1四旋翼飞行器旋转方向示意图

2

在图 1 中， 前端旋翼 1 和后端旋翼 3 逆时针旋转， 而左端旋翼 2 和右端的旋翼 4 顺时针旋转， 以平衡旋翼旋转所产生的反扭

实验一 四旋翼飞行器实验指导书

一、实验目的

1.通过对四旋翼无人机结构的分析，了解四旋翼无人机的基本结构、工作的原理和传动控制系统；

2. 练习采用手机控制终端来控制无人机飞行，并了解无人机飞行大赛的相关内容，及程序开发变为智能飞行无人机。

二、实验设备和工具

1. Parrot公司AR.Drone 2.0四旋翼飞行器一架； 2. 苹果手机一部；

3. 蓝牙数据传输设备一套。 4. 自备铅笔、橡皮、草稿纸。

三、实验内容

1、了解四旋翼无人机的基本结构；

2、了解四旋翼无人机的传动控制路线；

3、掌握四旋翼无人机的飞行控制的基本操作； 4、了解四旋翼无人机翻转动作的机理； 5、能根据指令控制无人机完成特定操作。

四、实验说明

1、四旋翼飞行器的介绍

任何由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的飞行物，称为飞行器。在大气层内飞行的飞行器称为航空器，如气球、滑翔机、飞艇、飞机、直升机等。它们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行。飞行器不仅广泛应用于军事，在民用领域的作用也在增加，机载GPS和MEMS(Micro- Electro-Mechanical Systems)惯性传感器的飞行器甚至可以在没有人为控制的室外环

基于摄像头循迹的四旋翼飞行器设计I

摘要

本系统设计并制作一架基于摄像头循迹四旋翼自主飞行器，其所需循迹的道路是白底的黑色引导线。本系统采用模块结构化设计的方法，包括飞行控制模块、驱动模块、电源模块、循迹飞行、高度检测系统等，以Freescale Kinites60单片机为数据处理控制中心，将各个模块有效配合形成整体。其中飞行控制模块以STM32F407为控制核心，用来调整四旋翼自主飞行器的飞行姿态；而循迹模块以Freescale Kinites60为核心控制器，处理摄像头OV7725采集的图像信息后，把路径信息反馈给飞行控制模块，使飞行器能够按照给定的黑色引导线循迹飞行；超声波模块获取飞行器离地高度信息，并将信息传递给飞行控制模块，从而调整飞行姿态，实现设计要求。循迹模块和超声波模块与飞行控制模块通过串口保持即时通信，飞行控制模块根据实时反馈的信息，控制电调驱动四个无刷电机完成自主稳定飞行。

关键词：四旋翼自主飞行器，单片机，摄像头循迹，超声波，无刷电机

基于摄像头循迹的四旋翼飞行器设计II

ABSTRACT

The system intended to design and make a four- rotor autonomous ve

第十一届中国研究生电子设计竞赛 技术论文 论文题目： 基于stm32的四旋翼飞行器设计 Design of Quadrotor Aircraft Based on STM32 参赛单位：南京信息工程大学 队伍名称：we are 伐木累 指导老师： 参赛队员： 完成时间：2016.6.18

第十一届中国研究生电子设计竞赛 基于STM32的四旋翼飞行器系统设计

摘要

四轴飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器，与普通飞行器相比，具有结构简单、故障率低和单位体积能够产生更大升力等优点，所以在军事和民用多个领域都有广阔的应用前景，非常适合在狭小空间内执行任务。 本设计采用stm32f103zet6作为主控芯片，3轴加速度传感器mpu6050作为惯性测量单元，通过2.4G无线模块和遥控板进行通信，最终使用PID控制算法以PWM方式控制电子调速器驱动电机实现了四轴飞行器的设计。

关键词： 四轴飞行器,stm32;mpu6050,2.4G无线模块.PID.PWM

2

第十一届中国研究生电子设计竞赛 基于STM32的四旋翼飞行器系统设计

Abstract

Quadrocopter has broad applicat

+

本科毕业设计论文

题目：基于STM32的嵌入式四旋翼飞行器

控制系统设计

作者姓名 章志诚

指导教师 专业班级 通信工程1001班

学 院 信息工程学院

提交日期

浙江工业大学本科毕业设计论文

基于STM32的嵌入式四旋翼飞行器控制系统设计

作者姓名：章志诚

指导教师：冯 远 静 教授

浙江工业大学信息工程学院

2014年6月

Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technology

for the Degree of Bachelor

Design of Control System for A Quadrotor UAV

Based on STM32

Student: Zhang Zhicheng

Advisor: Professor Feng Yuanjing

College of Information Engineering

Zhejiang University of Technology

June 2014

浙 江 工 业 大 学

毕业设计（论文）任务书

专 业 通信工程 班 级 1001班 学生姓名 章 志 诚 一．设计（

+

本科毕业设计论文

题目：基于STM32的嵌入式四旋翼飞行器

控制系统设计

作者姓名 章志诚

指导教师 专业班级 通信工程1001班

学 院 信息工程学院

提交日期

浙江工业大学本科毕业设计论文

基于STM32的嵌入式四旋翼飞行器控制系统设计

作者姓名：章志诚

指导教师：冯 远 静 教授

浙江工业大学信息工程学院

2014年6月

Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technology

for the Degree of Bachelor

Design of Control System for A Quadrotor UAV

Based on STM32

Student: Zhang Zhicheng

Advisor: Professor Feng Yuanjing

College of Information Engineering

Zhejiang University of Technology

June 2014

浙 江 工 业 大 学

毕业设计（论文）任务书

专 业 通信工程 班 级 1001班 学生姓名 章 志 诚 一．设计（

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[摘要] 本文对微型四旋翼飞行器自平衡算法进行研究，详细分析了应用互补滤波器，进行信号处理的思路和参数整定过程，应用滤波后的数据，进行飞行器姿态角度融合，解算出飞行器实时的俯仰角、翻滚角、偏航角。在解算出飞行姿态角度的基础上应用PID算法控制四旋翼飞行器进行自平衡悬停及相关的运动姿态控制。硬件上，采用STM32F103作为微控制器，以MPU6050作为四旋翼飞行器姿态传感器件，通过AO3402MOS管驱动四个空心杯电机改变飞行器姿态，设计结果是能准确测量飞行器姿态并将测量角度输出给相应坐标的电机，进行姿态调整。本文将从硬件、软件初始化、控制算法及调试等几个篇幅详细展示整个微型四旋翼飞行器的制作过程。

[关键词] 微型四旋翼飞行器；互补滤波算法；PD控制算法；STM32F103;自平衡

0 Abstract: This paper is a research about algorithm of Quadrotor Micro-aircraft Self-balancing. It will detailed analysi

[摘要] 本文对微型四旋翼飞行器自平衡算法进行研究，详细分析了应用互补滤波器，进行信号处理的思路和参数整定过程，应用滤波后的数据，进行飞行器姿态角度融合，解算出飞行器实时的俯仰角、翻滚角、偏航角。在解算出飞行姿态角度的基础上应用PID算法控制四旋翼飞行器进行自平衡悬停及相关的运动姿态控制。硬件上，采用STM32F103作为微控制器，以MPU6050作为四旋翼飞行器姿态传感器件，通过AO3402MOS管驱动四个空心杯电机改变飞行器姿态，设计结果是能准确测量飞行器姿态并将测量角度输出给相应坐标的电机，进行姿态调整。本文将从硬件、软件初始化、控制算法及调试等几个篇幅详细展示整个微型四旋翼飞行器的制作过程。

[关键词] 微型四旋翼飞行器；互补滤波算法；PD控制算法；STM32F103;自平衡

Abstract: This paper is a research about algorithm of Quadrotor Micro-aircraft Self-balancing. It will detailed analysis the idea about using Complementary filter deal with the dig

[摘要] 本文对微型四旋翼飞行器自平衡算法进行研究，详细分析了应用互补滤波器，进行信号处理的思路和参数整定过程，应用滤波后的数据，进行飞行器姿态角度融合，解算出飞行器实时的俯仰角、翻滚角、偏航角。在解算出飞行姿态角度的基础上应用PID算法控制四旋翼飞行器进行自平衡悬停及相关的运动姿态控制。硬件上，采用STM32F103作为微控制器，以MPU6050作为四旋翼飞行器姿态传感器件，通过AO3402MOS管驱动四个空心杯电机改变飞行器姿态，设计结果是能准确测量飞行器姿态并将测量角度输出给相应坐标的电机，进行姿态调整。本文将从硬件、软件初始化、控制算法及调试等几个篇幅详细展示整个微型四旋翼飞行器的制作过程。

[关键词] 微型四旋翼飞行器；互补滤波算法；PD控制算法；STM32F103;自平衡

Abstract: This paper is a research about algorithm of Quadrotor Micro-aircraft Self-balancing. It will detailed analysis the idea about using Complementary filter deal with the dig