四轴飞行器飞行原理

四轴飞行器的飞行原理是什么呢?它是根据什么重心平衡,什么动力飞行的呢?首先我们看一下四轴飞行器的结构图:

四轴飞行器结构图

 

四轴飞行器也称为四旋翼飞行器,因为它有四个螺旋桨,前后左右各一个,其中位于中心的主控板接收来自于遥控发射机的控制信号,在收到操作者的控制后通过数字的控制总线去控制四个电调,电调再把控制命令转化为电机的转速,以达到操作者的控制要求,上图显示的前后马达是顺时针转动,需要安装反桨,左右马达是逆时针转动,需要安装正桨,机械结构上只需保持重量分布的均匀,四个电机保持在一个水平线上,可以说结构非常简单,做四轴的目的也是为了用电子控制把机械结构变得尽可能的简单。

四轴的控制原理就是,当没有外力并且重量分布平均时,四个螺旋桨以一样的转速转动,在螺旋桨向上的拉力大于整机的重量时,四轴就会向上升,在拉力与重量相等时,四轴就可以在空中悬停。在四轴的前方受到向下的外力时,前方马达加快转速,以抵消外力的影响从而保持水平,同样其它几个方向受到外力时四轴也是可以通过这种动作保持水平的,当需要控制四轴向前飞时,前方的马达减速,而后方的马达加速,这样,四轴就会向前倾斜,也相应的向前飞行,同样,需要向后、向左、向右飞行也是通过这样的控制就可以使四轴往我们想要控制的方向飞行了,当我们要控制四轴的机头方向向顺时针转动时,四轴同时加快左右马达的转速,并同时降低前后马达的转速,因为左右马达是逆时针转动的,而左右马达的转速是一样,所以左右是保持平衡的,而前后马达是顺时针转动的,但前后马达的转速也是一样的,所以前后左右都是可以保持平衡,飞行高度也是可以保持的,但是逆时针转动的力比顺时针就大,所以机身会向反方向转动,从而达到控制机头的方向。这也是为什么要使用两个反桨,两个正桨的原因。

为什么要使用特殊的数字控制总线的电调呢?我们平时用的商品电调是通过接收机上的油门通道进行控制的,这个接收机出来的控制信号一般都是20mS 间隔的PPM脉宽控制信号,而四轴为了提高响应的速度,需要控制命令的间隔更短-比如说5mS,所以就需要特殊的电调而不能用普通的商品电调,但是为什么要使用I2C总线跟电调连接呢,这个跟电路设计以及软件编写等有关,I2C总线在硬件连接上可以多个设备直接并连在总线上,它有相应的传输机制保证主机与各个从机之前顺畅沟通,这样连接就比较的方便,所以四个电调的控制线是并接在一起连到主控板上就可以了,这个也跟我们选用的芯片相关,很多单片机都有集成I2C总线的,软件设计起来也得心应手。

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