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xsq2043 发表于 2008-4-5 01:17:06

讨论一下：四轴飞行器是如何飞行的，控制所需要的主要参数有哪些。

我没有经验也没太仔细想，但比较感兴趣，有几个问题想知道一下：

首先我觉得要讨论一下 四轴飞行器是如何飞行的；

比如 它在保持高度悬停时，突然要向一个方向飞行时，是不是那个方向的电机比其他三个电机
       转速慢了啊，那样的话个这个飞行器自身会有旋转的力矩不平衡了，飞行器会不会自身会
       旋转啊
       感觉上应该是两个电机（在同一边线上的一正桨一反桨）同时降低速度，飞行方向应该
       是向着边线方向飞行，这样也许飞行器在飞行是会克服飞机自身的旋转。

另外控制要检测什么，加速度传感器、陀螺吗，要如何安装好（位置），每个传感器都是检测的
      参数对控制产生什么影响

      只检测三个轴的加速度行吗，那样如果想要它自控悬停是不是就不能实现了，比如它可能某
      个方向有一个匀速的运动，这样飞行器要自主飞行或悬停是不是需要再加传感器

不知道表达清楚没有，呵呵说的有些乱 希望大家有什么方案想法能够畅所欲言，互相启发互相帮助
      让它飞的飞的更好。
      
另外请教一下常用的模型可以用高度传感器是什么，价格多少啊

armok 发表于 2008-4-5 07:19:01

xsq2043 发表于 2008-4-5 10:39:34

上来都说说你们是想怎么控制，先不用说具体的PID控制，先弄清楚它是如何飞行的，等armok站长把机械弄好了买一套，自己做也不便宜，而且合适的正反桨也不太好找。

kingofkings 发表于 2008-4-5 10:47:59

【楼主位】 xsq2043
有精良的反馈控制，四轴可以做出任何动作，其实这个问题一点都不难分析，建立一个三维的坐标系统，或者建立几个物理模型，计算出运动矢量就可以了……我就说那么多……具体的控制实现，是要靠算法和实际操作完成的。到时候还是拿事实说话了

kingofkings 发表于 2008-4-5 10:49:38

另外高度计，如果不需要实际海拔，就完全没有必要，检测的出加速度就可以了，这是高中生的物理习题……

kingofkings 发表于 2008-4-5 10:51:58

关于转向的问题，我做过实际的计算，要视乎飞行器重心，马达功率来控制，现在只有计算模型，要拿到实际的东西，才能验证我的算法的完备性

feng_matrix 发表于 2008-4-5 11:00:18

问题1：
4轴侧飞时，遥控器副翼信号首先改变，由中立位置偏移，体现在接收机PPM脉宽信号中一个通道的改变
中控板接收到后，减小侧飞方向的一个电机输出功率，此时确实会出现楼主所说的整体扭矩不平衡问题
但由于Z轴陀螺仪的存在，中控板会迅速同时提高侧飞轴两个对应电机的总功率，也会同时降低其它两电机功率
从而保持整体扭矩平衡，这是一个动态平衡的过程

实际试飞时还会遇到这个问题：
在系统没有安装垂直轴的加速度传感器时，侧飞会导致航模整体会掉高度
这是因为系统没有垂直方向的检测手段，控制软件并不知道飞机丢失高度
这时遥控者需要手工推_油门并拉杆，保持高度
飞过航模的人都知道这个动作，固定翼侧飞一定要拉杆，否则掉高度
如果系统有垂直轴的加速度传感器，这个修正过程就是自动完成的

问题2：
4轴最小配置是3轴陀螺仪，才能做到遥控飞行，但飞的不爽，对遥控者要求较高
再高级可以加入3轴加速度传感器，稳定性就更高了

视频传送系统一般DIY可买套件，独立与控制系统外，但也可以把采集到的电压、高度等参数叠加在视频信号中
德国人的第一人称头盔驾驶系统，就是这样做的，建议大家多看看德国人的视频，感觉还是不错的

如需要自动驾驶，则还需要有GPS及气压计，GPS上有高程输出信号但较不准确
需要气压计补充

最高级别再加上远距离数字传送系统，如几十公里的数传电台，那样就专业了
但好象有点超过航模DIY的范畴了

问题3：
一般航模很少有装高度传感器的，因为都是在可视范围内飞行的
高度的负反馈环节由遥控者手眼协调完成
德国人用的气压传感器是摩托罗拉的MPX4115，DATASHEET看前面我的帖子里有

kingofkings 发表于 2008-4-5 11:11:06

【6楼】 feng_matrix
问题1：
4轴侧飞时，遥控器副翼信号首先改变，由中立位置偏移，体现在接收机PPM脉宽信号中一个通道的改变
中控板接收到后，减小侧飞方向的一个电机输出功率，此时确实会出现楼主所说的整体扭矩不平衡问题
但由于Z轴陀螺仪的存在，中控板会迅速同时提高侧飞轴两个对应电机的总功率，也会同时降低其它两电机功率
从而保持整体扭矩平衡，这是一个动态平衡的过程

实际试飞时还会遇到这个问题：
在系统没有安装垂直轴的加速度传感器时，侧飞会导致航模整体会掉高度
这是因为系统没有垂直方向的检测手段，控制软件并不知道飞机丢失高度
这时遥控者需要手工推_油门并拉杆，保持高度
飞过航模的人都知道这个动作，固定翼侧飞一定要拉杆，否则掉高度
如果系统有垂直轴的加速度传感器，这个修正过程就是自动完成的

这些问题，我在考虑控制算法的时候，都有做分析，但是现在缺实际的设备来验证。
问题2：
4轴最小配置是3轴陀螺仪，才能做到遥控飞行，但飞的不爽，对遥控者要求较高
再高级可以加入3轴加速度传感器，稳定性就更高了

我的算法是完全基于三轴加速的，没有用陀螺仪。所以应有很高的稳定性，但问题是可能导致成本过高，昨天被阿莫都否定掉了，现在正在想办法更改算法。

问题3：
高度我还是那个意思，做物理题……

feng_matrix 发表于 2008-4-5 11:18:30

仅仅三轴加速度传感器是没有办法自控姿态的，早就说过这个问题

加速度传感器是无法区分重力加速度与运动加速度的
只靠3轴加速度传感器不行的，陀螺仪芯片不可少
3轴加速度传感器只有静止或匀速运动时才能判断姿态

举个例子，如果把你头朝下关在直升机里，并以两个G的加速度垂直下降
你会头朝地面站在直升机天花板上，如果不看窗外的参照景物
你觉得一切都很正常根本不知道自己头超下，并且马上撞上地面了

三轴加速度传感器也是一样，在没有绝对参照坐标
静止时可以用它来判断出重力加速度方向
因为传感器垂直轴比其它轴多一个G的输出电压
一旦飞行器在外力下3D运动时就判断不出来了
你看看ADXL330/320加速度传感器的DATASHEET就知道了
一般的飞控都是同时装有3轴陀螺仪传感器加3轴加速度传感器
高度靠气压传感器，空速靠空压传感器，方向靠电子指南针
当然GPS接收机也可以提供高度，航向等信息

kingofkings 发表于 2008-4-5 11:24:00

【8楼】 feng_matrix
呵呵……可能我考虑不周吧，我当初的设想是在起飞的使用，初始化一个坐标系统的，呵呵，所以才需要用到UC3这样的猛片~~

feng_matrix 发表于 2008-4-5 11:26:38

要获得绝对参照，一般可以用红外传感器探测地平线上下的背景辐射来获得姿态
比如航模上用的CPD-4平衡仪就是这样，也就7、8百块钱吧，但这个办法限制于户外开阔场地
或者用磁偏角传感器，这个方案没见过用在航模上的，大概成本原因吧

kingofkings 发表于 2008-4-5 11:28:34

【8楼】 feng_matrix
嗯，大概你并没有明白我的算法具体是怎么实现的……一般意义上加速度传感器的确只能某点的加速度，但是对加速度做积分以后呢？运动矢量在一个参照系建立以后，只要有三个方向的加速度自然能计算出物体的位置，当然这需要复杂的计算和较高的精度，我现在的算法是理想化，在没有偏差的情况下当然可以实现，但实际中是不可能的，所以可能还是要加陀螺仪，我不否认……

feng_matrix 发表于 2008-4-5 11:29:38

to:【9楼】 kingofkings 技术火腿（KoK）

你的方案在起飞初期，这个坐标系统是有效的
在经过一段时间的飞行后【3D】
积分算法的误差会迅速让坐标系统偏离实际情况
而这时系统如果没有绝对参照的传感器来修正
很快整个惯性导航系统就失效了

gaochaoning 发表于 2008-4-5 11:30:14

有一段四轴飞行器视频，可以提升起一个汽水瓶。四轴飞行器最大能提升多重的物体？现在都用哪些能源？四轴飞行器的载重量最终是否有个限制？是否是：想提高载重量那么就要增加电机的功率，电池的能量也要增加，这样整机重量也在增加。

kingofkings 发表于 2008-4-5 11:31:36

【12楼】 feng_matrix
哈哈，我就是这个意思，所以这是精度问题，我身在测控行业，所以，我对这个更有感觉~~~

kingofkings 发表于 2008-4-5 11:35:26

一个传感器的精度，响应时间，误差率都会对实际操作产生各种影响~数字系统始终是个离散化的系统，只有靠更高的采样率来弥补其中的误差，而误差小到对于应用可以忽略不计的时候，那就是项目成功了~

feng_matrix 发表于 2008-4-5 11:35:45

比如嫦娥卫星，好象上面有根据星光定位的系统
如果只有3轴加速度传感器，它飞不了那么精确的姿态的
它的感受到的引力【重力】方向时刻都在改变的
在地月引力平衡交界处，如何靠加速度传感器判断姿态？
数以年计的积分运算
仅仅是误差累计就足以让起飞初期的历史信息失效了

feng_matrix 发表于 2008-4-5 11:39:04

to:【15楼】 kingofkings 技术火腿

哈哈，原来你是测控行业的专家啊
我只是个业余玩航模的爱好者，班门弄斧了

kingofkings 发表于 2008-4-5 11:39:16

【16楼】 feng_matrix
标定肯定是需要的，我先前谈论更多的只是我的算法思想，具体的实现和调整要复杂的多，我只是想说，可以靠加速度传感器实现非常精良的控制动作……呵呵，你应该比我有过多的实际经验，以后还有很多需要向你请教了，我不是搞这个的，只是被阿莫引诱了，呵呵~~

kingofkings 发表于 2008-4-5 11:40:55

【17楼】 feng_matrix
专家根本谈不上……只是做过一些东西而已。测控有很多需要研究的地方，大家一起提高了，呵呵~~

feng_matrix 发表于 2008-4-5 11:43:15

to：【13楼】 gaochaoning 滴水穿石

负载重量取决于旋翼总面积与飞行器整体功率重量比
上限好象没有理论限制吧，实际限制于能源系统【电池、燃料】
及动力系统的功率重量比【电机、内燃机】

gaochaoning 发表于 2008-4-5 12:09:29

用可冲电的锂电池要把10公斤的物品带上去四轴飞行器要做成多大呢？

xsq2043 发表于 2008-4-5 18:48:56

先谢谢kingofkings 技术火腿 与 feng_matrix了

按照 在六楼说的，应该是两个电机相对于另两个电机同时降速，才能保证z轴的力矩平衡，看来我原来是没有想错的

再有陀螺是要安装的，比如飞行器在绕z轴匀速转动 好像加速度传感器就不太好控制了。

再有高度传感器是想用在固定翼上的，不是用在四轴上的。

feng_matrix 发表于 2008-4-6 12:16:20

to:【21楼】 gaochaoning 滴水穿石

电动载重10公斤？这个尺寸还没想过
按照一般直升机航模的标准，自身质量大概要做到载重量的2倍
这个系统光锂电池就不少钱啦，而且到这个尺寸，相应的电机桨可能都很难配哦
DIY航模好象难了点吧

gaochaoning 发表于 2008-4-6 20:10:34

要想实现航拍，四轴可以吗？

13590955160 发表于 2009-12-3 16:21:36

mark

zyfy 发表于 2010-10-30 23:36:27

回复【2楼】xsq2043
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能请教一下怎么建模的呀？能描述得详细些吗？谢谢啦~~

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