四轴飞行器原理图详解(三旋翼飞行器)

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顾名思义，四轴飞行器由四个螺旋桨高速旋转产生升力，为其提供飞行动力。 四个电机转向正反各两个，可以相互抵消反扭矩。不同于常规固定翼飞机，多旋翼无人机属于静不稳定系统，因此必须依赖于强大的飞控系统才能飞行。 四轴飞行器可分为“十字型”和“X 型”，其中“十字型”机动性强主要应用在穿越机或特技表演无人机；“X 型”稳定性强，是最常见的四轴飞行器构型。本文中所介绍的飞控系统都是基于“X 型”四轴飞行器

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四轴飞行器的六自由度运动如图

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1. 上下运动

    由电机油门控制，油门增大，四个电机转速同时增大，升力增大，则飞 

    机向上运动。 

2.  前后运动 

    由飞机的俯仰角控制，如果飞机向前倾斜，则升力在垂线方向分量抵消 

    重力，在水平方向分量提供飞机向前的加速度。 

3.  左右运动 

    由飞机的滚转角控制，原理同前后运动。 

4.  俯仰运动 

    绕飞机机体坐标系Y 轴转动，飞机做低头运动时，1、2 号电机转速减小， 

    同时3、4 号电机转速增大，此时四个电机的反扭矩仍然相互抵消。 

5.  滚转运动 

    绕飞机机体坐标系X 轴转动，原理同俯仰运动。 

6.  偏航运动 

    绕飞机机体坐标系Z 轴转动，如果1、3 号电机转速增大，同时2、4 号 

    电机转速减小，此时电机反扭矩便不能相互抵消，会出现顺时针方向的 

    反扭矩，飞机向右偏航。

2 PID 控制算法简介

PID 控制算法用于消除期望值与实际值的误差，包括比例项P、积分项I 和微分项D。

P：又称驱动项，是消除误差的主要驱动力，这一项必须足够大。 P 项越大，系统响应速度越快，调节时间越短，但P 过大会引起系统超调、震荡甚至发散。

I：用于消除稳态误差，I 项会导致响应速度变慢，增加调节时间。

D: 又称阻尼项，为系统增加阻尼，减小超调。但这一项如果是通过微分计算得到的，会给系统引入噪声。

对于PID 控制算法网上有大量相关资料，可上网查询。要想真正掌握PID 控制算法必须要做大量调试实验，积累工程实践经验。

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