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四轴飞行器
作品说明书
摘要
 
 
四轴飞行器在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器,四轴飞行器硬件结构简单紧凑,而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案,软件算法,包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。
 
关键词:四轴飞行器;姿态;控制

目录
 
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姿态计算.................................................7
总结.....................................................8
参考文献................................................... 9
引言
四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS 传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及,四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天,四轴飞行器已经应用到各个领域,如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等。
目前应用广泛的飞行器有:固定翼飞行器和单轴的直升机。与固定翼飞行器相比,四轴飞行器机动性好,动作灵活,可以垂直起飞降落和悬停,缺点是续航时间短得多、飞行速度不快;而与单轴直升机比,四轴飞行器的机械简单,无需尾桨抵消反力矩,成本低 。
本文就小型电动四轴飞行器,介绍四轴飞行器的一种实现方案,讲解四轴飞行器的原理和用到的算法,并对几种姿态算法进行比较。

四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器,四轴飞行器的硬件比较简单,而把系统的复杂性转移到软件上,所以本文的主要内容是软件的实现。 
 
飞行器由机架、电机、螺旋桨和控制电路构成。
 
机架呈十字状,是固定其他部件的平台,本项目采用的是碳纤维材料的机架。电机采用无刷直流电机,固定在机架的四个端点上,而螺旋桨固定在电机转子上,迎风面垂直向下。螺旋桨按旋转方向分正桨和反桨,从迎风面看逆时针转的为正桨,四个桨的中心连成的正方形,正桨反桨交错安装。
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