大热的四轴飞行器设计_软硬件参考方案

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