基于PID調(diào)解器的模糊自適應四旋翼飛行器控制技術(shù)

1、基于基于PIDPID調(diào)解器的模糊自適調(diào)解器的模糊自適應四旋翼飛行器控制技術(shù)應四旋翼飛行器控制技術(shù)上海海事大學上海海事大學趙冰潔趙冰潔 19071907年年, ,第一架四旋翼飛行器第一架四旋翼飛行器“ Gyroplane Gyroplane No. 1 No. 1 ”升上了天空升上了天空。但由于構(gòu)造復雜不易操縱但由于構(gòu)造復雜不易操縱等原因等原因, ,大型四旋翼飛行器的發(fā)展一直都比較緩大型四旋翼飛行器的發(fā)展一直都比較緩慢。近年來慢。近年來, ,隨著新型材料、微機電隨著新型材料、微機電(MEMS) (MEMS) 、微、微慣導慣導(MIMU) (MIMU) 以及飛行控制等技術(shù)的進步以及飛行控制等技術(shù)的

2、進步, ,微小型微小型四旋翼飛行器得到了迅速發(fā)展四旋翼飛行器得到了迅速發(fā)展，其優(yōu)勢和意義主，其優(yōu)勢和意義主要有：要有： 國外已經(jīng)對四旋翼飛行器做了大量研究，起國外已經(jīng)對四旋翼飛行器做了大量研究，起步比國內(nèi)早很多，研究主要集中在以下幾個方面：步比國內(nèi)早很多，研究主要集中在以下幾個方面： 1 1、基于慣性導航的飛行器控制技術(shù)、基于慣性導航的飛行器控制技術(shù) 2 2、基于視覺的自主飛行控制和自主飛行控、基于視覺的自主飛行控制和自主飛行控制系統(tǒng)制系統(tǒng)研究背景及意義研究背景及意義四旋翼飛行器四旋翼飛行器 四旋翼飛行器就是一種具有四個螺旋槳的飛行器并且四個螺旋四旋翼飛行器就是一種具有四個螺旋槳的飛行器并且四

3、個螺旋槳呈十字形交叉結(jié)構(gòu)，相對的四旋翼具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，分兩槳呈十字形交叉結(jié)構(gòu)，相對的四旋翼具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，分兩組，兩組的旋轉(zhuǎn)方向不同。飛行器也通過控制這兩組螺旋槳的轉(zhuǎn)組，兩組的旋轉(zhuǎn)方向不同。飛行器也通過控制這兩組螺旋槳的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向產(chǎn)生不同的升力實現(xiàn)上下前后左右的六個方向飛行的航速與轉(zhuǎn)向產(chǎn)生不同的升力實現(xiàn)上下前后左右的六個方向飛行的航模模型。模模型。l四旋翼飛行器四旋翼飛行器的組成：的組成：電機 電調(diào)螺旋槳飛控板鋰電池遙控器（六通控制）四軸機架基本線路連接l四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)的對稱性：四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)的對稱性： 四旋翼飛行器采用四個旋翼作為飛行的直接動四旋翼飛行器采用四個旋翼作為飛行的直接

4、動力源，旋翼對稱分布在機體的前后、左右四個方向，力源，旋翼對稱分布在機體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋翼的結(jié)構(gòu)和半，且四個旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，徑都相同，旋翼旋翼 1 1和旋翼和旋翼 3 3逆時針旋轉(zhuǎn)，旋翼逆時針旋轉(zhuǎn)，旋翼 2 2和旋和旋翼翼 4 4順時針旋轉(zhuǎn)順時針旋轉(zhuǎn)，四個電機對稱的安裝在飛行器的支，四個電機對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計算機和外部設備。架端，支架中間空間安放飛行控制計算機和外部設備。四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示：四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示：l四旋翼飛行器系統(tǒng)特性四旋翼飛行器系統(tǒng)特性：1.1.具

5、有四輸入六輸出的欠驅(qū)動多變量非線性系統(tǒng)。具有四輸入六輸出的欠驅(qū)動多變量非線性系統(tǒng)。 四旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)四個電機轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，四旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)四個電機轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。由于飛實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)升力變化，這樣會導致其動行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)升力變化，這樣會導致其動力不穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(wěn)定的控制方法。四力不穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，因此非常適合旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，因此非常適合靜態(tài)和準靜態(tài)條件

6、下飛行。靜態(tài)和準靜態(tài)條件下飛行。2.2.姿態(tài)變化控制四旋翼位置變化。姿態(tài)變化控制四旋翼位置變化。（1 1）PIDPID控制控制：具有原理簡單、算法成熟、控制參數(shù)相互獨：具有原理簡單、算法成熟、控制參數(shù)相互獨立以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但它基于系統(tǒng)精確模型設計，當立以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但它基于系統(tǒng)精確模型設計，當系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者外部環(huán)境發(fā)生變化時，容易導致控制對系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者外部環(huán)境發(fā)生變化時，容易導致控制對象和模型失配，且其控制參數(shù)固定，抗擾動性和適應性差，象和模型失配，且其控制參數(shù)固定，抗擾動性和適應性差，難以控制非線性不確定的復雜系統(tǒng)。難以控制非線性不確定的復雜系統(tǒng)。 (2)(2)模糊模糊PI

7、DPID控制器控制器：這種非線性控制器既保持了模糊控制算：這種非線性控制器既保持了模糊控制算法不依賴精確模型控制靈活快速的優(yōu)點，又結(jié)合了法不依賴精確模型控制靈活快速的優(yōu)點，又結(jié)合了PIDPID控制控制算法靜態(tài)誤差小的優(yōu)勢，二者互補，能對非線性復雜系統(tǒng)算法靜態(tài)誤差小的優(yōu)勢，二者互補，能對非線性復雜系統(tǒng)實現(xiàn)良好的控制。實現(xiàn)良好的控制。 四旋翼飛行器在空間共有四旋翼飛行器在空間共有 6 6個自由度（分別沿個自由度（分別沿 3 3個坐個坐標軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作），這標軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作），這 6 6 個自由度的控制都可以個自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。各個旋翼對機身所施加通過調(diào)節(jié)不同電

8、機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。各個旋翼對機身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當電機的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當電機 1 1和電機和電機 3 3逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，電機逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，電機 2 2和電機和電機 4 4順時針旋轉(zhuǎn)，可以平順時針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機身的反扭矩。衡旋翼對機身的反扭矩。 基本運動狀態(tài)分別是：基本運動狀態(tài)分別是：u 垂直運動u 俯仰運動u 滾轉(zhuǎn)運動u 偏航運動u 前后運動u 側(cè)向運動垂直運動垂直運動( ( 上升、下降和懸浮）：上升、下降和懸浮）： 在圖（在圖（a a）中，因有兩對電機轉(zhuǎn)向相反，可以平）中，因有兩對電機轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對機身的反扭矩，當同時增加四個電機

9、的輸出功衡其對機身的反扭矩，當同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當總拉力足以率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當總拉力足以克服整機的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；克服整機的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機的輸出功率，四旋翼飛行器反之，同時減小四個電機的輸出功率，四旋翼飛行器 則垂直下降，直至平衡落則垂直下降，直至平衡落 地，實現(xiàn)了沿地，實現(xiàn)了沿 z z軸的垂直軸的垂直 運動，當外界擾動量為零運動，當外界擾動量為零 時，在旋翼產(chǎn)生的升力等時，在旋翼產(chǎn)生的升力等 于飛行器的自重時，飛行于飛行器的自重時，飛行 器便保持懸停狀態(tài)。保證器便保持懸停

10、狀態(tài)。保證 四個旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或四個旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或 減小是垂直運動的關(guān)鍵。減小是垂直運動的關(guān)鍵。 俯仰運動（俯仰運動（翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)）：）： 電機電機1 1的轉(zhuǎn)速上升，電機的轉(zhuǎn)速上升，電機 3 3轉(zhuǎn)速下降，電機轉(zhuǎn)速下降，電機 2 2、電機電機 4 4 的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因為旋翼轉(zhuǎn)速的改的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因為旋翼轉(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1 1與旋翼與旋翼 3 3轉(zhuǎn)速改變量的大小應相等。由于旋翼轉(zhuǎn)速改變量的大小應相等。由于旋翼1 1 的的升力上升，旋翼升力上升，旋翼3 3的升力下降，的升力下降， 產(chǎn)生的不平衡力矩使機身

11、繞產(chǎn)生的不平衡力矩使機身繞 y y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示）， 同理，當電機同理，當電機 1 1 的轉(zhuǎn)速下降，的轉(zhuǎn)速下降， 電機電機 3 3的轉(zhuǎn)速上升，機身便繞的轉(zhuǎn)速上升，機身便繞 y y軸向另一個方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)軸向另一個方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn) 飛行器的俯仰運動。也就是說飛行器的俯仰運動。也就是說 通過這實現(xiàn)了四軸飛行器的翻通過這實現(xiàn)了四軸飛行器的翻 轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。滾轉(zhuǎn)運動（滾轉(zhuǎn)運動（與俯仰運動的翻轉(zhuǎn)對稱與俯仰運動的翻轉(zhuǎn)對稱） ： 滾轉(zhuǎn)運動與俯仰運動一樣，同樣是為了實現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運動與俯仰運動一樣，同樣是為了實現(xiàn)四軸飛行器的翻轉(zhuǎn)。只不過俯仰運動改變的是電四軸飛行器的翻轉(zhuǎn)。只不過俯仰運動改變的是

12、電機機1 1 、3 3的轉(zhuǎn)速，保持電機的轉(zhuǎn)速，保持電機2 2、4 4的轉(zhuǎn)速不變，使得的轉(zhuǎn)速不變，使得四軸飛行器繞四軸飛行器繞y y軸進行旋轉(zhuǎn)。而滾轉(zhuǎn)運動則是改變軸進行旋轉(zhuǎn)。而滾轉(zhuǎn)運動則是改變電機電機2 2、4 4的轉(zhuǎn)速，保持電機的轉(zhuǎn)速，保持電機1 1、3 3轉(zhuǎn)速不變，使四轉(zhuǎn)速不變，使四軸飛行器繞軸飛行器繞x x軸進行旋轉(zhuǎn)。原理如圖（軸進行旋轉(zhuǎn)。原理如圖（c c）示：）示： 偏航運動（自旋轉(zhuǎn)）：偏航運動（自旋轉(zhuǎn)）： 借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩實現(xiàn)四旋翼飛行器偏航運動。借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩實現(xiàn)四旋翼飛行器偏航運動。旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)

13、動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個旋翼中的兩個的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個旋翼中的兩個電機正轉(zhuǎn)，兩個電機反轉(zhuǎn)，且對角線上各個旋翼轉(zhuǎn)動方向電機正轉(zhuǎn)，兩個電機反轉(zhuǎn)，且對角線上各個旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當四個電機轉(zhuǎn)速同相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當四個電機轉(zhuǎn)速同時，四個旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)時，四個旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當四個電機轉(zhuǎn)速不完全相同時，不平衡的反扭矩生轉(zhuǎn)動；當四個電機轉(zhuǎn)速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖d d中，中，當電機當電機 1 1

14、和電機和電機3 3 的轉(zhuǎn)速上升，電機的轉(zhuǎn)速上升，電機 2 2 和電機和電機 4 4 的轉(zhuǎn)速下降時的轉(zhuǎn)速下降時，旋翼，旋翼 1 1和和旋翼旋翼3 3對機身的反扭矩大于旋翼對機身的反扭矩大于旋翼2 2旋翼旋翼4 4對機身的反扭矩，對機身的反扭矩，機身便在富余反扭矩的作用機身便在富余反扭矩的作用 下繞下繞z z軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)飛行器軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)飛行器 的偏航運動，轉(zhuǎn)向與電機的偏航運動，轉(zhuǎn)向與電機1 1 和電機和電機3 3的轉(zhuǎn)向相反。的轉(zhuǎn)向相反。前后運動：前后運動： 要想實現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運動，必須在水平電要想實現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運動，必須在水平電機轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡

15、。在圖機轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。在圖e e中，增加電機中，增加電機3 3轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應減小電機拉力增大，相應減小電機 1 1轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速， 使拉力減小，同時保持其它兩個使拉力減小，同時保持其它兩個保持不變，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水保持不變，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實現(xiàn)飛行器的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好平分量，因此可以實現(xiàn)飛行器的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好相反。當然在圖相反。當然在圖 b b 圖圖 c c中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運動的同時也中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運動的同時也會產(chǎn)生沿會產(chǎn)生沿

16、 x x、y y軸的水平運動。軸的水平運動。側(cè)向運動：側(cè)向運動： 同理，根據(jù)四軸飛行器前后運動的工作原理，將飛行器同理，根據(jù)四軸飛行器前后運動的工作原理，將飛行器x x、y y軸上軸上的電機的工作狀態(tài)進行互換便可以實現(xiàn)飛行器側(cè)向運動，原理圖如圖的電機的工作狀態(tài)進行互換便可以實現(xiàn)飛行器側(cè)向運動，原理圖如圖（f f）所示。）所示。 p電機：電機： 電機采用電機采用x2208-15x2208-15 kv1260kv1260無刷直流電動機，其電磁力矩均勻力無刷直流電動機，其電磁力矩均勻力矩較大，再裝配上半徑較長的螺旋槳充分發(fā)揮其效果，達到節(jié)能和飛矩較大，再裝配上半徑較長的螺旋槳充分發(fā)揮其效果，達到節(jié)能

17、和飛行平穩(wěn)的效果。行平穩(wěn)的效果。如果螺旋槳和電機配合不合適如果螺旋槳和電機配合不合適，使四旋翼飛行器振動，使四旋翼飛行器振動強度增大，增加數(shù)字三軸陀螺、三軸加速度傳感器和三軸數(shù)字磁阻傳強度增大，增加數(shù)字三軸陀螺、三軸加速度傳感器和三軸數(shù)字磁阻傳感器噪聲系數(shù)。噪聲系數(shù)增加影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。所以感器噪聲系數(shù)。噪聲系數(shù)增加影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。所以選擇合適的螺旋槳和電機較為必要。選擇合適的螺旋槳和電機較為必要。p電機：電機： 電機是四旋翼飛行器的基礎(chǔ)配件之一。電機分為有刷電機是四旋翼飛行器的基礎(chǔ)配件之一。電機分為有刷和無刷兩種，在和無刷兩種，在四軸飛行器中無刷是主流四軸飛行器中無

18、刷是主流，因為它力氣大，因為它力氣大且耐用，不管什么牌子的電機，且耐用，不管什么牌子的電機，具體都要對應具體都要對應4 4位這類數(shù)位這類數(shù)字字如如22122212電機什么的電機什么的，其中，其中前面前面2 2位是電機轉(zhuǎn)子的直徑，位是電機轉(zhuǎn)子的直徑，后面后面2 2位是電機轉(zhuǎn)子的高度。位是電機轉(zhuǎn)子的高度。簡單來說簡單來說，前面，前面2 2位越大，電位越大，電機越肥，后面機越肥，后面2 2位越大，電機越高。位越大，電機越高。 又高又大的電機，功又高又大的電機，功率就更大，適合做大四軸。率就更大，適合做大四軸。 另外，另外，每個無刷電機都會標每個無刷電機都會標上上多少多少 kv kv值，這個值，這個k

19、vkv是外加是外加1v1v電壓對應的每分電壓對應的每分 鐘空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，鐘空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，例如：例如：1000kv1000kv電機，外加電機，外加 1v 1v電壓，電機空轉(zhuǎn)時每分鐘轉(zhuǎn)電壓，電機空轉(zhuǎn)時每分鐘轉(zhuǎn)10001000加加2v2v電電 壓，電機空轉(zhuǎn)就壓，電機空轉(zhuǎn)就20002000轉(zhuǎn)了。轉(zhuǎn)了。 一般來說，做普通的四軸飛行器用的一般來說，做普通的四軸飛行器用的 電機可以采用電機可以采用22122212系列、系列、KV9301000KV9301000的的 無刷電機，一般品牌可選朗宇、新西無刷電機，一般品牌可選朗宇、新西 達等等。達等等。p電調(diào)：電調(diào)： 電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文Ele

20、ctronic Speed Electronic Speed Control,Control,簡稱簡稱ESCESC。針對電機不同，可分為有刷電調(diào)和無。針對電機不同，可分為有刷電調(diào)和無刷電調(diào)。它根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。刷電調(diào)。它根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。電調(diào)都會標電調(diào)都會標上多少上多少A A，如，如20a20a電調(diào)就是電子調(diào)速器，電調(diào)就是電子調(diào)速器，常見有好盈、中特常見有好盈、中特威、新西達等品牌威、新西達等品牌。電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮。钥刂齐姍C的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機的轉(zhuǎn)速，因為電機的電流因為電機的電流是很大的

21、，通常每個電機同時正常工作時，（另平均有是很大的，通常每個電機同時正常工作時，（另平均有3a3a左右的電流，如果沒有電調(diào)的存在，飛控板根本無法承受左右的電流，如果沒有電調(diào)的存在，飛控板根本無法承受這樣大的電流外也沒驅(qū)動無刷電機的功能）。同時電調(diào)在這樣大的電流外也沒驅(qū)動無刷電機的功能）。同時電調(diào)在四軸當中還充當了四軸當中還充當了電壓變化器電壓變化器的作用，將的作用，將11.1v11.1v的電壓變的電壓變?yōu)闉?v5v為飛控板和遙控器供電，為飛控板和遙控器供電，40a40a這個數(shù)字就是電調(diào)能夠這個數(shù)字就是電調(diào)能夠提供的電流。大電流的電調(diào)可以兼容用在小電流的地方。提供的電流。大電流的電調(diào)可以兼容用在小

22、電流的地方。小電流電調(diào)不能超標使用。小電流電調(diào)不能超標使用。 p電調(diào)編程：電調(diào)編程： 大多數(shù)常見電調(diào)是可以編程的，能通過編程來設置大多數(shù)常見電調(diào)是可以編程的，能通過編程來設置響應速度。編程的途徑響應速度。編程的途徑有兩種：有兩種：1.1.可以直接將電調(diào)連接至遙控接收機的油門輸出通道（通可以直接將電調(diào)連接至遙控接收機的油門輸出通道（通常是常是3 3通道），按說明書，在遙控器上通過進行設置，通道），按說明書，在遙控器上通過進行設置，這個方法比較麻煩，但節(jié)約。這個方法比較麻煩，但節(jié)約。2.2.搬動搖桿以通過廠家的編程卡來進行設置（需要單獨購搬動搖桿以通過廠家的編程卡來進行設置（需要單獨購買），方法簡

23、單，無需接遙控器。為了保險，一定要將買），方法簡單，無需接遙控器。為了保險，一定要將購買的電調(diào)設置一致，否則容易難于控制。如：電調(diào)的購買的電調(diào)設置一致，否則容易難于控制。如：電調(diào)的啟動模式不一樣，那么有些都轉(zhuǎn)很快了，有些還很慢，啟動模式不一樣，那么有些都轉(zhuǎn)很快了，有些還很慢，這就有問題了。這就有問題了。 注：通過遙控器進行設置電注：通過遙控器進行設置電 調(diào)，一定要接上電機，因為說明調(diào)，一定要接上電機，因為說明 書上說的書上說的“滴滴滴滴”類的聲音，是類的聲音，是 通過電機發(fā)出來的。通過電機發(fā)出來的。p螺旋槳： 螺旋槳一般有兩葉和三葉兩種類型，但在四軸飛行器螺旋槳一般有兩葉和三葉兩種類型，但在四

24、軸飛行器中一把采用雙葉螺旋槳，雖然說在相同轉(zhuǎn)速下，三葉槳要比中一把采用雙葉螺旋槳，雖然說在相同轉(zhuǎn)速下，三葉槳要比雙葉槳產(chǎn)生的升力大，但是四軸要用四個螺旋槳，這樣雙葉雙葉槳產(chǎn)生的升力大，但是四軸要用四個螺旋槳，這樣雙葉槳要比三頁槳容易保持穩(wěn)定，而在四旋翼飛行器的制作中入槳要比三頁槳容易保持穩(wěn)定，而在四旋翼飛行器的制作中入門選用的螺旋槳的型號有仿門選用的螺旋槳的型號有仿apcapc槳槳 10451045 。 同電機類似，同電機類似，槳槳的型號的型號也有也有1045,70401045,7040這些這些4 4位數(shù)字，位數(shù)字，前面前面2 2位代表槳的直徑（單位：英寸位代表槳的直徑（單位：英寸 1 1英寸

25、英寸=254=254毫米）后面毫米）后面2 2位是槳的角度。位是槳的角度。 另外，另外，四軸飛行為了抵四軸飛行為了抵 消螺旋槳的自旋，相隔的消螺旋槳的自旋，相隔的 槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的， 所以需要正反槳。正反槳所以需要正反槳。正反槳 的風都向下吹。的風都向下吹。適合順時適合順時 針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆 時針旋轉(zhuǎn)的是反漿。時針旋轉(zhuǎn)的是反漿。安裝安裝 的時候，一定記得無論正的時候，一定記得無論正 反槳，有字的一面是向上反槳，有字的一面是向上 的（槳葉圓潤的一面要和的（槳葉圓潤的一面要和 電機旋轉(zhuǎn)方向一致）。電機旋轉(zhuǎn)方向一致）。p飛控板：飛控板： 飛控板就

26、是飛行器的大腦，飛控板就是飛行器的大腦，如果沒有飛控板，四軸飛行如果沒有飛控板，四軸飛行器就會因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致型等原因形成器就會因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致型等原因形成飛行力量不平衡，后果就是左右、上下的胡亂翻滾，根本無法飛行力量不平衡，后果就是左右、上下的胡亂翻滾，根本無法飛行，飛控板的作用就是通過飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行飛行，飛控板的作用就是通過飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行狀態(tài)進行快速調(diào)整，如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減狀態(tài)進行快速調(diào)整，如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右邊電流輸出，電機變慢升力變小，自然就不再向左傾斜弱右邊電流輸出，電機變慢升力

27、變小，自然就不再向左傾斜。 p 飛控板：飛控板： 根據(jù)用戶自定義的機頭的位置不同，四軸飛行器可根據(jù)用戶自定義的機頭的位置不同，四軸飛行器可以分為以分為x x模式和模式和+ +模式。模式。x x模式的機頭方向位于兩個電機模式的機頭方向位于兩個電機之間，而之間，而+ +模式的機頭方向位于某一個電機上。模式的機頭方向位于某一個電機上。x x和和+ +就就是表示正對機頭方向時飛行器的形狀。是表示正對機頭方向時飛行器的形狀。X X模式要難飛一模式要難飛一點，但動作更靈活。點，但動作更靈活。+ +模式要好飛一點，動作靈活差一模式要好飛一點，動作靈活差一點，所以適合初學者。點，所以適合初學者。選擇不同的飛行

28、模式，飛控板選擇不同的飛行模式，飛控板的安裝方式也不同，的安裝方式也不同，如果飛控板安裝錯誤，會劇烈的如果飛控板安裝錯誤，會劇烈的晃動，根本無法飛晃動，根本無法飛。飛控板其實就是一。飛控板其實就是一 塊單片機，當塊單片機，當然不同的飛行模式，其中便攜的飛行程序也不盡相同。然不同的飛行模式，其中便攜的飛行程序也不盡相同。飛控板單片機里可以輸入飛控板單片機里可以輸入 有關(guān)飛行調(diào)節(jié)、有關(guān)飛行調(diào)節(jié)、GPSGPS導航等。導航等。然后通過連接好接收器、電調(diào)等輸出設備從而實現(xiàn)然后通過連接好接收器、電調(diào)等輸出設備從而實現(xiàn)接接收信號收信號（遙控器的信號）（遙控器的信號）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理輸出信號輸出信號（調(diào)（調(diào)節(jié)

29、輸出電流進而實現(xiàn)對電機的控制）節(jié)輸出電流進而實現(xiàn)對電機的控制） X模式電機連接圖 p遙控器：遙控器： 在航模的遙控器中，可選用的型號一般是天地飛系列的遙控器。在航模的遙控器中，可選用的型號一般是天地飛系列的遙控器。遙控器選擇需要注意以下幾點遙控器選擇需要注意以下幾點: 通道數(shù)：通道數(shù)：遙控器控制的動作路數(shù)，比如遙控器只能控制四軸上下飛，遙控器控制的動作路數(shù)，比如遙控器只能控制四軸上下飛，那么就是那么就是1 1個通道。但四軸在控制過程中需要控制的動作路數(shù)有：上下、個通道。但四軸在控制過程中需要控制的動作路數(shù)有：上下、左右、前后、旋轉(zhuǎn)所以最低得左右、前后、旋轉(zhuǎn)所以最低得4 4通道遙控器。通道遙控器

30、。 頻率：頻率：選擇選擇2.4G2.4G左右的（也就是天線短的那種），左右的（也就是天線短的那種），2.4G2.4G是主流，穩(wěn)定是主流，穩(wěn)定性好，也很成熟。性好，也很成熟。 美國手美國手/ /日本手：日本手：大多數(shù)遙控器都會有美國手（左手控制油門）大多數(shù)遙控器都會有美國手（左手控制油門） 和日本手（右手控制油門）之分，根據(jù)一般人的控制方式，往往和日本手（右手控制油門）之分，根據(jù)一般人的控制方式，往往 選擇美國手。選擇美國手。遙控距離：遙控距離：可能是新人最關(guān)心可能是新人最關(guān)心 的東西，一般都會在的東西，一般都會在400400米以米以 上，但是等你發(fā)現(xiàn)你的四軸飛上，但是等你發(fā)現(xiàn)你的四軸飛 了超過

31、了超過100100米遠后，你就看不米遠后，你就看不 清它的姿態(tài)了！所以盲目追求清它的姿態(tài)了！所以盲目追求 遙控距離是不可取的！遙控距離是不可取的！ p電池：電池：1.1.電池選擇：電池選擇：考慮到四旋翼飛行器質(zhì)輕高飛的特點，所以在選用電考慮到四旋翼飛行器質(zhì)輕高飛的特點，所以在選用電池時往往選擇鋰電池，因為池時往往選擇鋰電池，因為同樣電池容量同樣電池容量鋰電最輕，起飛效率最鋰電最輕，起飛效率最高高。2.2.電池容量電池容量：電池的多少電池的多少mahmah表示表示電池容量電池容量，如，如1000mah1000mah電池，如果電池，如果以以1000ma1000ma放電，可持續(xù)放電放電，可持續(xù)放電1

32、 1小時。如果以小時。如果以500mh500mh放電，可以持續(xù)放電，可以持續(xù)放電放電2 2小時小時；電池后面的電池后面的2s2s，3s3s，4s4s代表鋰電池的節(jié)數(shù)代表鋰電池的節(jié)數(shù)（鋰電池鋰電池1 1節(jié)標準電壓為節(jié)標準電壓為3.7v3.7v）；）；電池后面多少電池后面多少c c代表電池放電能力代表電池放電能力，這是，這是普通鋰電池和動力鋰電池最重要區(qū)別，動力鋰電池需要很大電流普通鋰電池和動力鋰電池最重要區(qū)別，動力鋰電池需要很大電流放電，這個放電能力就是放電，這個放電能力就是C C來表示的。如來表示的。如1000mah1000mah電池電池 標準為標準為5c5c，那么用那么用5x1000mah5

33、x1000mah，得出電池可以以，得出電池可以以5000mh5000mh的電流強度放電。這的電流強度放電。這很重要，如果用低很重要，如果用低c c的電池，大電流放電，電池會迅速損壞，甚的電池，大電流放電，電池會迅速損壞，甚至自燃。至自燃。3.3.電池充電電池充電: :c c快充快充代表的意思代表的意思與上面的與上面的c c一樣，只是將放電變成了一樣，只是將放電變成了充電，如充電，如1000mah1000mah電池，電池，2c2c快充，就代表可以用快充，就代表可以用2000ma2000ma的電流來的電流來充電。所以千萬不要圖快冒然用大電流，超過規(guī)定參數(shù)充電，電充電。所以千萬不要圖快冒然用大電流，

34、超過規(guī)定參數(shù)充電，電池很容易損壞。池很容易損壞。電子大賽四旋翼飛行器電子大賽四旋翼飛行器可以選擇型號可以選擇型號2200mah 11.1V 20C2200mah 11.1V 20C的鋰的鋰電池，因為這個型號的電池，放電能力可達到電池，因為這個型號的電池，放電能力可達到44A44A，也就是，也就是2.2A2.2A* *20C=44A20C=44A，這個電流足夠可以滿足飛行器四軸懸停功率（大概在，這個電流足夠可以滿足飛行器四軸懸停功率（大概在100100多瓦左右）。多瓦左右）。4. 4. 充電器：充電器：鋰電池充電需要使用專門的平衡充，新手入門，可鋰電池充電需要使用專門的平衡充，新手入門，可以使用

35、以使用“301301平衡充平衡充”。什么是平衡充電呢？。什么是平衡充電呢？如如3s3s電池，內(nèi)部是電池，內(nèi)部是3 3個鋰電個鋰電池，因為制造工藝原因，沒辦法保證每個電池完全一致，充電放電特性池，因為制造工藝原因，沒辦法保證每個電池完全一致，充電放電特性都有差異，電池串聯(lián)的情況下，就容易照常某些放電過度或充電過度，都有差異，電池串聯(lián)的情況下，就容易照常某些放電過度或充電過度，充電不飽滿等，所以解決辦法是分別對內(nèi)部單節(jié)電池充電。動力鋰電都充電不飽滿等，所以解決辦法是分別對內(nèi)部單節(jié)電池充電。動力鋰電都有有2 2組線，組線，1 1組是輸出線（組是輸出線（2 2根），根），1 1組是單節(jié)鋰電引出線（與組

36、是單節(jié)鋰電引出線（與s s數(shù)有關(guān)），數(shù)有關(guān)），充電時按說明書，都插入充電器內(nèi)，就可以進行平衡充電了。充電時按說明書，都插入充電器內(nèi)，就可以進行平衡充電了。5. 5. 結(jié)論：電池結(jié)論：電池容量越大，容量越大，c c放電電流系數(shù)放電電流系數(shù)越高，越高，s s充電電流系數(shù)充電電流系數(shù)越多，電池越重越多，電池越重。 p四軸機架：四軸機架： 機架選用的材料是鋁管、木條、機架選用的材料是鋁管、木條、PVCPVC硬質(zhì)水管等質(zhì)輕且可硬質(zhì)水管等質(zhì)輕且可塑性好的材料。做四軸飛行器的機架，必須要符合飛行器的塑性好的材料。做四軸飛行器的機架，必須要符合飛行器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能夠保持對稱穩(wěn)定性。一般選擇購買方式比自制結(jié)構(gòu)基

37、礎(chǔ)，能夠保持對稱穩(wěn)定性。一般選擇購買方式比自制的平衡性好。的平衡性好。 四根軸架的尺寸長度四根軸架的尺寸長度只要只要保證保證4 4個螺旋槳不打架就可以了，個螺旋槳不打架就可以了，但要考慮到螺旋槳之間因為旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的亂流互相影響，建議但要考慮到螺旋槳之間因為旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的亂流互相影響，建議還是不要太近，否則影響效率。還是不要太近，否則影響效率。 這也是為什么四軸用這也是為什么四軸用2 2葉螺葉螺旋槳比用旋槳比用3 3葉螺旋槳多的原因之一（葉螺旋槳多的原因之一（3 3葉的還有個缺點，平衡葉的還有個缺點，平衡不好做）不好做）。 基本線路連接：基本線路連接：1 1、4 4個電調(diào)的正負極需要個電調(diào)的正負極需要

38、并聯(lián)（紅色連一起，黑色連一起）并聯(lián)（紅色連一起，黑色連一起），并接到電池的，并接到電池的正負極上；正負極上；2 2、電調(diào)電調(diào)3 3根黑色的電機控制線，連接電機；根黑色的電機控制線，連接電機；3 3、電調(diào)有個電調(diào)有個BECBEC輸出，用于輸出輸出，用于輸出5v5v的電壓，給飛行控制板供電，和接收飛行的電壓，給飛行控制板供電，和接收飛行 控制板的控制信號；控制板的控制信號；4 4、遙控接收器連接在飛行控制器上，輸出遙控信號，并同時從飛行控制板上遙控接收器連接在飛行控制器上，輸出遙控信號，并同時從飛行控制板上得到得到5v5v供電；供電； 電機與螺旋槳的搭配電機與螺旋槳的搭配： 螺旋槳越大，升力就越大

39、螺旋槳越大，升力就越大從而從而需要更大的力量來驅(qū)動；螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，需要更大的力量來驅(qū)動；螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，升力越大；電機的升力越大；電機的kvkv越小，轉(zhuǎn)動力量就越大；越小，轉(zhuǎn)動力量就越大；結(jié)論：結(jié)論：大螺旋槳就需要用低大螺旋槳就需要用低kvkv電機，小螺旋槳就需要高電機，小螺旋槳就需要高kvkv電機（因為需要用轉(zhuǎn)速來彌補升力不足）如果高電機（因為需要用轉(zhuǎn)速來彌補升力不足）如果高kvkv帶大槳，力量帶大槳，力量不夠，那么就很困難，實際還是低不夠，那么就很困難，實際還是低速速運轉(zhuǎn)，電機和電調(diào)很容易燒運轉(zhuǎn)，電機和電調(diào)很容易燒掉。如果低掉。如果低kvkv帶小槳，完全沒有問題，但升力不夠，可能造成無帶小槳，完全沒有問題，但升力不夠，可能造成無法起飛。法起飛。例如：常用例如：常用1000k