一、項目概述

1.1 項目摘要

四軸飛行器具有不穩(wěn)定，非線性特性，姿態(tài)控制為四軸飛行器控制系統(tǒng)的核心。機械部分搭建四個具有對稱結(jié)構(gòu)的螺旋槳葉和驅(qū)動電機。電氣部分則采用STM32為控制核心的慣性參考模塊作為姿態(tài)控制板，通過四軸飛行器的飛行原理，建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計四軸飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)。陀螺儀，加速度，地磁計分別采集運動軌跡數(shù)據(jù)，姿態(tài)修正，進行航向控制，采用PI算法進行姿態(tài)角的閉環(huán)控制。另外運用一塊STM32作為自主飛行控制板，兩塊主控芯片通過無線串口進行數(shù)據(jù)傳送，當姿態(tài)控制板受到來自飛行控制板的控制信號時，姿態(tài)控制板通過數(shù)字控制總線控制四個電調(diào)，電調(diào)再把控制信號轉(zhuǎn)化為電機轉(zhuǎn)速控制電機運行，達到飛行效果。

1.2 項目背景/選題動機

四軸飛行器有著其他類型航模無可比擬的優(yōu)勢，懸停穩(wěn)定，不需要占用很大的面積空間；機械結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，飛行損耗成本低；可擴展性好，在四軸飛行器上能搭載攝像頭，或者其他傳感器，應(yīng)用前景廣泛，可用于軍事，救援等特殊使命。而四軸飛行器的控制核心是姿態(tài)控制，而iNEMO模塊則為四軸飛行器搭建了基礎(chǔ)的控制硬件平臺。

二、需求分析

2.1 功能要求

(1) 傳感器要求能夠檢測四軸飛行器的航向，姿態(tài)信息。

(2) 主控器能快速獲得各個傳感器的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理。

(3) 各個電機要能進行實時調(diào)速，實現(xiàn)穩(wěn)定飛行。

(4) 飛行控制板與姿態(tài)控制板進行一定距離實時通訊，并能控制飛行器的快速調(diào)速以實現(xiàn)飛行控制。

(5) 通過無線通訊獲取地磁模塊地磁與加速度原始數(shù)據(jù)，通過飛行控制板進行處理并顯示航向。

(6) 通過對電源模塊的電壓AD采樣，獲取電池電量信息并在飛行控制板上顯示

2.2 性能標準

(1) ?水平原地連續(xù)旋轉(zhuǎn)

懸停在空中1米左右，偏航測試，四軸就開始原地連續(xù)旋轉(zhuǎn)起來。這個飛行主要用于測試飛控姿態(tài)預(yù)測算法的能力。好的飛行控制算法應(yīng)該是盡量保持飛行器機身水平，不會漂移太多。

(2) ?單邊掛重物實驗

懸停在空中，瞬間給飛行器四軸中一個軸臂上掛一個重物，對這樣沖擊力，觀察飛行器能不能快速做出反應(yīng)，時間越短越好

(3)? 加速上升或者下降

在飛行器處于懸停狀態(tài)，加速上升或者加速下降，觀察機身是否激烈抖動，抖動小或不抖動抗風(fēng)能力強