四旋翼无人机的导航与控制简介

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1、四旋翼无人机的导航与控制简介赵瑞广无刷电机（4个）电子调速器（简称电调，4个，常见有好盈、中特威、新西达等品牌）螺旋桨（4个，需要2个正浆，2个反浆）飞行控制板（常见有KK、FF、玉兔等品牌）电池（11.1v航模动力电池）遥控器（最低四通道遥控器）机架（非必选）无人机的结构：四轴飞行器基本结构主要正交“十”字形机架和位于机架中心的主控模块以及安装于各机臂端点处的电机和螺旋桨组成。主控模块：供电电池、主控微型计算机控制系统；陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、超声波和GPS等传感器组成的传感检测系统。飞行原理：涉及到两个坐标系：地理坐标系和机体坐

2、标系；根据集体坐标系可以将机体分为“十”和“X”结构。每个点旋翼的产生的升力为：bi为旋翼分拉力系数，Ωi为电机的转速。除了升力之外，每个旋桨还会产生对自身的反扭矩。在飞行过程中为了抵消反扭矩，相临电机转向相反、相对电机相反。飞机基本运动：无人机姿态表示方法：欧拉角法：俯仰角：θ（绕y轴旋转产生）横滚角：Φ（绕x轴旋转产生）偏航角：Ψ（绕z轴旋转产生）在坐标系转换过程中按照z-y-x的旋转顺序，得到如下姿态旋转矩阵：四元数法：与欧拉角相比，采用四元数法姿态表示可大大减少处理器计算量，提高姿态解算速度。姿态解算：利用陀螺仪、加速度计、电子罗盘和算法进行数据

3、融合解算出飞机的姿态。其中陀螺仪、加速度计、电子罗盘组成惯性测量单元（IMU）。各轴数据总会以较大概率偏向某一方，这样经过积分运算之后就会不断地对偏差进行累加，至使最终得到的角度会一直向对应方向增大，这也就是所谓的陀螺仪的漂移现象。在无外力的加速的情况下，能够准确输出俯仰角和滚转角，并且此角度不会有累积误差，在长时间内都是准确的。但是当飞行器在三维空间做变速运动时，加速度传感器同样会检测变速运动的加速度信号，从而导致姿态角的解算将不再准确。数据融合算法：EKF、四元数法。飞控：四轴飞行器最基本同时也是重要的功能是实现飞行姿态的稳定控制，飞控算法（飞行器姿

4、态控制算法）即根据输入姿态角和遥控命令解算四个电机PWM占空比值，从而使姿态角快速、准确地逼近期望值。