四旋翼无人机原理以及组装过程

1.硬件组成：机架，4个螺旋桨， 4个电机，4个电调，1信号接收器，1个飞控板，1个 稳压模块，一个电池

• 螺旋桨：四个螺旋桨都要提供升力，同时要抵消螺旋桨的自旋，所以需要正反桨，即对角的桨旋转反向相同，正反相同。相邻的桨旋转方向相反，正反也相反。有字的一面是向上的（桨叶圆润的一面要和电机旋转方向一致）
• 电机：电机的kv值：1v电压，电机每分钟的空转速度。kv值越小，转动力越大。电机与螺旋桨匹配：螺旋桨越大，需要较大的转动力和需要的较小的转速就可以提供足够大的升力，因此桨越大，匹配电机的kv值越小。
• 电调：将飞控板的控制信号，转变为电流的大小，控制电机的转速，同时给飞控板供电。电调将电池提供的11.1v的电压变为3.3v为飞控板供电。
• 信号接收器：接收遥控器的信号，给飞控板。通过飞控板供电。
• 遥控器：需要控制俯仰（y轴）、偏航（z轴）、横滚（x轴）、油门（高度），最少四个通道。遥控器分为美国手和日本手。美国手油门(摇杆不自动返回)，偏转在左，俯仰，横滚在右。

• 飞控板：通过3个方向的陀螺仪和3轴加速度传感器控制飞行器的飞行姿态。

  

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2.飞行原理

1.1 PID控制（P:比例控制 I:积分控制 D:微分控制）：

• 比例控制：将控制器输入的误差按照一定比例放大
• 积分控制:但是处于稳态的系统也会有一定的误差，为了消除稳态下的误差，将稳态下的误差在时间上积分，积分项随着时间的增大会趋于0，因此积分减少了比例控制带来的稳态误差
• 微分控制：根据输入误差信号的变化率（微分）预测误差变化的趋势，避开被控对象的滞后特性，实现超前控制
• 参数调整：根据被控过程的特性不断调整PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小

1.2运动原理

四轴旋翼分为“+”和“x”型，“+”型飞控板的正前方是旋翼,“x”型飞控板正前方为夹角等分线。如下图为“x”型四旋翼的飞行原理图。

• 俯仰：绕y轴旋转，前低后高爬升,1,2转速减小，3,4转速增大，pitch为负
• 横滚：绕x轴旋转，2,3转速增大，1,4转速减小，机体右滚，roll值为正
• 偏航：绕z轴旋转，假设2,4顺时针，1,3逆时针，当2,4转速增大，1,3转速减小时，机头右偏，yaw值为正
• 垂直：调节油门大小，四个旋翼的转速同时变大或者变小

pitch yaw roll值分析：

• 俯仰角（pitch）：正半轴位于坐标原点的水平面之上（抬头）时，俯仰角为正，否则为负
• 滚转角（roll）: 机体向右滚为正，反之为负
• 偏航角（yaw）：机头右偏航为正，反之为负

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3.遥控器的使用

• 模式设置：固定翼模式/直升机模式（四轴飞行器为固定翼，靠螺旋桨提供升力）
• 解锁: 油门最低，方向舵最右，副翼（横滚）最右。并观察pitch,roll,yaw是否为0，注意四个角尽量在同一水平面。
• 控制：如下图
  加减油门控制垂直升降；
  方向舵控制机头左右偏航，即绕Z轴旋转；
  升降舵控制俯仰，上推机头压低，机身上升，下拉机头太高，机身降低；