四旋翼飞行器

四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交来自叉的飞行器，可以搭配微型相机录制空中视频。

在大学里，一些对四旋翼直升机感兴趣的大学生将数学算法运用到机器当中，创造出了极富智能的四旋翼直升机，TED讲坛中有所诠释。

• 中文名称 四旋翼飞行器
• 外文名称 Quadrotor，Four-rotor，4 rotors helicopter，X4-flyer
• 定义 螺旋桨呈十字形交叉的飞行器
• 功能 航拍、转移轻小物品
• 用途 赛事直播、快递投送、地质勘测

结构框架

　　四乙药旋翼飞行器采用四个旋翼例脱待扬灯波作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，技乎气屋小律新侵旋翼1 和旋翼3 逆时针旋转，旋翼2 和旋翼4 顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的互研老小二赶神鲁束支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。

　　典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾浆。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直升数罗内革风笑胜机的姿态和位置。来自四旋翼飞行器与此不同，是通过调节四个电机转速来改变火银皮错限传王盾顾每职旋翼转速，实现升360百科力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。由于飞行器是通过改觉病参兴需防王怀培育古变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力不稳定，所以需要一种能够长期确保稳定的控制方法。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直起降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

　　四旋翼飞行器的结弱服构形式如图1所示，电机1 且利运和电机3 逆时针旋转的同时，电机2 和电机4 顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。与传统的直香除评美升机相比，四旋翼飞行城深市交关器有下列优势:各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1 和电机3 逆时针旋转的同时，电机2 和电机4 顺时针旋转，可以平衡旋翼对机置杀百错队神群激身的反扭矩。

数学建模

　　非线性数学模型

　　对于四旋翼飞行器来说，选用恰当的坐标系，可使运动方程的形式简单，笔良记置止今目市便于分析和求解。描述飞行器的转动和移动，可以选用机体坐标系。确定飞行器的位置，必须选用地面坐标系。上述坐标系是笛卡尔右手定则直角坐标系。定据示陈兵义的两个坐标系如图2 所示，分别为地面坐标系E(X ,或Y, Z)和机体坐济药球审标系B( Xb, Yb, Zb ) 。

内部设计

　　控制航行姿态的依据就是航姿传感器输出的信号。航姿传感来自器至少包括倾角传360百科感器和角速度传感器。而倾角传感器可以利用三轴加赶业工速度传感器间接实现。既然是加速度传感器，那么它输出的信号表征的是当前三个轴向终外座套和的加速度值，如果飞行器在空间中保持静止，那么加速度值通过简单的换算就可以得到真实的倾角参数。

四旋翼飞行器

　　但是飞行器错万础兴集技失农若太在空间中是不可能时刻保持静止不属杀话美妈育府绿动的，譬如在侧风的影响下，飞行器可能会向某一散失出位至与鸡父放责个方向偏离，那么此时即使飞行器确实保持水平，但三轴加速度传某生举贵兵处井慢仅再感器的输出仍会偏离中心值，造成控制核心的误判。

　　为避免这种情况的出钢成模张言迫技安棉诗现，则需要引入三轴角速度传感器和超声测距仪，利用三个轴向上的角速度和Z轴方向上的众滑烧气该迫状加速度以及实时高度的变化率对X、Y轴方向上的加速度进行校术正号攻正，从而得出真实的倾角信息。传感器的输出信号经过模拟放大和企扬卷入掉句粉乡断主模拟滤波之后送入AD变换电路转换为数字信号送入MCU(Microprocessor Con吗优trol Unit )，由MCU进行包括但不仅限于kalman滤波等的数字信号处理，再依据MCU中的整套航姿控制算法得出控制量，送入专司电机控制的MCU中对电机进行实时控制，同时要避免各传感器它间结果的冲突乃至矛盾。