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四轴飞行器之陀螺仪.ppt 18页
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四轴飞行器之陀螺仪
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关于四轴飞行器
---陀螺仪;一、引言;引言 ;二、陀螺仪的原理和构造;陀螺仪通过使用一种类似于人在一个旋转平台移出或移入的谐振质量元件，利用科里奥利效应来测量角速度。图2示出了ADXRS系列陀螺仪完整的微机械结构，陀螺仪通过附着在谐振体上的电容检测元件测量谐振质量元件及其框架由于科里奥利效应产生的位移。 ;三.ADXRS系列陀螺仪 ;ADXRS610的工作原理;;ADXRS610采用BGA－32型金属壳表贴式封装，其引脚排列的底视图如图figure3。需要说明几点：第一，图中的“＋”字交叉点代表转动轴（Z轴），箭头方向表示转动方向，因为所画的是底视图，所以从正面看应为顺时针方向旋转（下同）；第二，32个引脚按照7行（1～7）、7列（A～G）的矩阵形式对称分布，每个引脚的坐标位置用所在行、列的序号来表示，并且每两个引脚划分成一组，互相连接后作为一个引出端，以CP4引出端为例，??所对应的两个引脚坐标分别是第6行第A列和第7行第B列，记做6A，7B，余者类推。采用这种结构能使引脚与外围电路的接触更加可靠；第三，金属外壳在内部与GND端连通。;各引脚的功能如下;ADXRS610的性能特点 ;2、测量偏航角速度（以下简称为角速度）的范围是±300rad/s，灵敏度为5mV/rad/s，零位输出电压为2.50V，非线性误差为±0.1%F.S.，稳定度为±0.03 rad /s，－3dB带宽为40Hz，固有频率为14kHz，角速度噪声密度为0.2 rad /s/? 。通过外部电阻和电容还可分别设定测量角速度的范围、带宽及零位输出电压。;3、内部包含电压输出式温度传感器、＋2.5V基准电压源和电荷泵式DC／DC电源变换器，并具有自检功能。芯片内部的温度传感器不仅能测量环境温度，还可用来对角速度传感器的输出电压进行温度补偿，以便构成精密角速度检测系统。 ;4、抗振动、抗冲击能力强、超小型、超轻薄化。其外形尺寸仅为7mm×7mm×3mm，质量小于1g，很容易固定在转动物体上。
5、采用＋5V电源供电，电源电压允许范围＋4.75V～＋5.25V，电源电流的典型值为5mA，工作温度范围－40℃～＋85℃。;角速度的电压输出值;控制算法;控制算法;
正在加载中，请稍后...【Build Log】Project Y01低成本四轴飞行器 | 航空模型小组 | 果壳网 科技有意思
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四轴/多轴飞行器原理不复杂，以四轴为例，四个桨构成一个旋翼平面，靠飞控板控制每个动力组的输出，来控制旋翼平面的倾斜，靠升力的分力来改变飞行方向。先来看看diy站今年发过的一个四轴当然，飞控是多轴飞行器最核心的东西，他是一个3轴陀螺仪，感知飞行器在X、Y、Z三个轴向上的位移变化，控制各个电机补偿动力以保持整个飞行器的平衡。如果没有微电子技术的进步，靠机械陀螺仪，这个是相当复杂的事情咯。比如这个老乡估计就V5啦……四轴飞行器最近很流行，我一直不太感冒，因为主要是靠“PCB“飞行，木有操纵感，不过现在四轴飞行器的“飞控”非常便宜，对与我这个不懂编程的人来说，开源+现成的PCB可以8x元的价格买到，唾手可得，为何不玩玩呢。为了不让我的这个项目太监，我决定把这个Project记录下来。今天采购了材料：ztw20A电调+XXD 2212 KV930 +1045正反桨（以及附件、T插、香蕉头、热缩管等）套装，共4套，520元KK飞控板+USB烧录器，103.8元。四轴机架准备自己DIY，材料：方木，等货期间先干这活。
飞行爱好者，航模控
今天去附近的建材市场找了很多免费材料，四轴的机架可以开工了，哈哈哈从建材市场捡回来的边角料，吊顶用的方木，33x15mm准备锯开，手锯不给力果断返回建材市场，找了个电锯师傅，10秒搞定，免费变成方木了，很合适一大堆，够做3个四轴的，咩哈哈比划一下 再用捡的层板做个平台，边长13cm，为啥13呢？？？准备用胶+木螺丝固定，强度应该够了不过不轻啊今天早上就干了这些，等设备到场。
哇哦～看上去不错啊～ 前一阵子想搞一个Arduino当控制器的 结果...资金不足...
天文爱好者
飞行爱好者，航模控
+++++++++++++++，KK飞控、动力系统到位，机架完成+++++++++++++++++++周末，KK飞控、动力系统（ZTW20A电调，XXD 2212 KV930无刷电机、1045正反桨）到货了，不过周末安排太多，比平时还忙，只是把机架固定了，并给飞控板预留了安装位置：动力系统到位机架使用3mm沉头螺栓固定，上下两篇夹板夹紧，本来打算再用胶粘贴，发现强度够了，不粘了用主板支柱做的飞控安装位置，间距50mm装上KK飞控的样子飞控可是大脑，得好好保护，有朋友用乐扣饭盒，我用光盘盒子，50pic装的正好Hold住最后再比划一下。也许明天就是这个样子啦
飞行爱好者，航模控
+++++++++焊接所有电气部分+++++++++++++今天加班到很晚，回家11点半了，还惦记着四轴睡不着，于是决定把电调的香蕉头、电源用的T插焊接好，纯焊接活竟然干了2个小时，一共焊了香蕉头公母一共24个，T插公的 5个，母的 4个，焊完了做做“静力试验”，只有一个不合格，良品率还不错！电源用的1分4接头所有电气部分焊接完毕，等待组装+++++++++动力部分上架组装+++++++++++++今天早上装好了动力部分，不容易啊，神马都是X4！打眼、拧M3螺丝，把手都磨起泡了！将电机安装上机架了电调用尼龙扎带固定在机架上给飞控板做个沙发，防止下面进东西短路啥的动力部分基本安装完毕，机架长度790mm，轴距570mm，长出来的部分暂时保留，还可以保护桨加上电池、接收机，称称体重吧，基本上就是起飞重量了，900g，可能再加四个高跟鞋今晚就可以调试飞控板了，我看我基本能和天宫一号同步试飞，恩。
真相阿,真相...
飞行爱好者，航模控
已试飞，不过没人拍照。昨晚飞控调试完毕，在屋里小飞了一下，陀螺感度还凑或，对得起88元的价格，不过Yaw锁不太住，没关系啦。今晚装四个腿，找个路灯下玩玩。后续的我得录像了。稍后上飞控调试心得。
创客，机器人爱好者
厉害！ 来膜拜一下。顺便求一下飞控板的来源，是OURAVR的那个么？
飞行爱好者，航模控
飞控板是KK韩国版，淘宝上搜“kk飞控”，有散件有成品。引用天蓝提琴的回应：厉害！ 来膜拜一下。顺便求一下飞控板的来源，是OURAVR的那个么？
飞行爱好者，航模控
官网引用天蓝提琴的回应：厉害！ 来膜拜一下。顺便求一下飞控板的来源，是OURAVR的那个么？
飞行爱好者，航模控
我老婆说我做四轴飞行器是怪物，她很害怕……难道我像《蜘蛛侠》里的章鱼博士，中邪了？
右转向没看懂，是通过反作用力改变么？还有我一直觉得前飞搞不好会变成前翻滚...
五星级航空飞行员
螺旋桨是可以变距的不?
创客，机器人爱好者
引用傻鱼的回应：我老婆说我做四轴飞行器是怪物，她很害怕……难道我像《蜘蛛侠》里的章鱼博士，中邪了？四轴飞行器而已……国外小孩儿当遥控车玩儿的……你这么解释就可以让你老婆放心了吧
飞行爱好者，航模控
不变矩的，变矩机构太复杂，比直接控制电机转速负责多了。刚才在公司飞了，求大家的照片视频引用植物Dante的回应：螺旋桨是可以变距的不?
专业级业余天文爱好者
先放张照片，视频正在上传中……
专业级业余天文爱好者
试飞视频，好像有一些人出镜了耶~~
飞行爱好者，航模控
献丑了，不过在室内飞还是有些紧张的，特别是面对这么多不淡定的观众……以后真不敢得瑟了。
电子工程专业
我们也在做诶~自主编写飞控！
飞行爱好者，航模控
高手，求勾搭引用maxwell'sdem...的回应：我们也在做诶~自主编写飞控！
飞行爱好者，航模控
飞控调试以及遥控器设置请见我的日志，传送门本Project圆满结束，谢谢观看~
飞行爱好者，航模控
我的手机拍的视频（当然是别人拍的）最后，四轴眼中的果壳网……
五星级航空飞行员
相当到位!!!
再设计个外壳(桨叶保护)就可以普及啦
专业级业余天文爱好者
四轴上看世界，有点晃得头晕呀…… 是不是需要做个减震什么的……
旋转好像不怎么好用~~~~
电子工程专业
引用傻鱼的回应：高手，求勾搭我属于抱大腿类型……用STM32
飞行爱好者，航模控
引用sym的回应：旋转好像不怎么好用~~~~转向没问题，靠相对的两个电机加速形成同向的反扭力。不过我刚飞四轴不敢得瑟，转向后姿态容易乱，呵呵。
不错等我智能车做完了，也做个四轴飞行器玩玩。
楼主用的是哪种电机（肥肥的那个）？还有，上面的那个小电机名字叫什么？
飞行爱好者，航模控
引用我爱酷乐的回应：楼主用的是哪种电机（肥肥的那个）？还有，上面的那个小电机名字叫什么？主帖中就有啊，ztw20A电调+XXD 2212 KV930 +1045正反桨（以及附件、T插、香蕉头、热缩管等）套装，共4套，520元KK飞控板+USB烧录器，103.8元。电机就是XXD 2212 电机 kv930
遥控器是自己买吗？
飞行爱好者，航模控
对的，遥控器是玩飞机的基本装备，投钱最多的一块，就好像钓鱼者的鱼竿一样，如果想常玩，直接买套经典的，不然以后也要升级。不过很多模友都很爱拉人入伙，便宜出一些自己升级后剩下的装备，仔细淘也能找到好东西引用坏小子6666的回应：遥控器是自己买吗？
办公室里试飞也就算了，还有猫！过分！羡慕啊~
第二个视频中的喵是果壳名猫吗？还有抱猫猫的mm的bra亮了！浅色衣衣黑bra!好吧，我承认我邪恶了！
楼主是读什么专业的，好羡慕哦。
对了，指出一点，那是钢锯，锯木头要用专门的木锯，钢锯锯路窄，锯到中间排血不畅容易卡住……
你这个飞行器的代码怎么写？我是个初学者，想动手做个飞行器看看效果，没什么经验，也不会写代码，能指教一下吗？
还有一个问题，你的控制系统是什么，我没太看清楚.......谢大神指教...
楼主，你说“开源+现成的PCB可以8x元的价格买到，唾手可得，为何不玩玩呢。”是什么意思？这程序不用自己编写吗？
楼主，我很想根据你给的教程也做一个一样的四轴飞行器，能不能给一些详细的指导，和采购清单，谢谢楼主，方便的话加我扣，谢谢啊
引用 的话：对的，遥控器是玩飞机的基本装备，投钱最多的一块，就好像钓鱼者的鱼竿一样，如果想常玩，直接买套经典的，不然以后也要升级。不过很多模友都很爱拉人入伙，便宜出一些自己升级后剩下的装备，仔细淘也能找到好东西楼主，我之前一直在想做一个有wifi发射模块的四悬翼，这样可以用手机进行遥控，还可以实时传回视频。省下遥控器的钱，但是需加上摄像头。另外我见网上有卖机架的（玻璃纤维材质，这样可以更好地控制重量以及平衡），加起来成本也高不过你的遥控器。只是kk飞控板是红外控制的，那种有wifi模块的控制板有针对小车的，没有针对四悬翼的，很是头疼。我是学机的，对编程不熟，很是痛疼。。。
引用 的话：楼主，你说“开源+现成的PCB可以8x元的价格买到，唾手可得，为何不玩玩呢。”是什么意思？这程序不用自己编写吗？淘宝上就有卖的，是专门针对四悬翼的一种成熟的控制板（这个kk飞控板好像是韩国产的吧），有对应驱动，不用自己编程的。
引用 的话：淘宝上就有卖的，是专门针对四悬翼的一种成熟的控制板（这个kk飞控板好像是韩国产的吧），有对应驱动，不用自己编程的。那其他控件呢？下面是楼主的材料，ztw20A电调+XXD 2212 KV930 +1045正反桨（以及附件、T插、香蕉头、热缩管等）套装，共4套，520元KK飞控板+USB烧录器，103.8元不太清楚那些比较好用，求大神指教...
楼主，你的这个1045正反桨买回来后有没有打磨？
这是我找的电机，里边也有其他的配件，价格都差不多
引用 的话：这是我找的电机，里边也有其他的配件，价格都差不多谢谢啊
引用 的话：这是我找的电机，里边也有其他的配件，价格都差不多你有看明白他的供电系统在哪吗？我没找到.....
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请问这是什么品牌的四轴飞行器，怎么用？急啊！
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我有更好的答案
没图也没写型号，谁知道！！！！！！
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自制四轴飞行器中的问题及解决方案
&&我走的弯路千万不要有人再走。
&&你在愁你的四轴飞行器怎样调整pid都飞不起来吗？那就一定不是pid的。我也苦苦调了三个星期，毫无进展，当发现了不是pid的问题并且改进了之后，我随便给了两个参数就飞起来了。下面给出我的经验。
&&一个好的机构，应当由三部分构成：一个听话的执行单元，一个精准的测量单元，一个聪明的控制单元。
&&1，执行单元。我的电机是直流无刷电机（新西达1000kv），用好盈30a电调控制，这种电调你只需给它一个us（太大太小都不好）的脉冲信号就可以控制电机转速，只需给一次，它就可以一直转，改变的时候再给一次。比如我的起飞速度就是大约1600us的脉冲。需要注意的是，电调刚开始时需要给3s的低宽度脉冲用来给电调设置最低点。听到滴滴两声之后就说明设置好了。
&&2，控制单元。控制单元不是第三个吗？怎么放到第二个了。因为不说pid后面没法说。
&&pid调节是控制论中十分经典的一种经典的控制方法，有时i可以不要，就比如说我的就没有i。对于没有学过控制论的人pid怎么理解呢？举个例子，比如一个理想弹簧，你拽它一下，然后放开，它就会一直往复运动，p就是弹簧的弹性系数，p越大，弹簧的回复力就越大，抵抗拉的力也越强。在飞机上，当我们检测到一边倾斜，就给它一个和角度成正比的回复力，就是给电机转速+p*pitch。但是如果只有p呢，就像弹簧一样，一直晃啊晃。那么我们把弹簧放进水里，水的阻力会使弹簧一段时间之后挺止，并且水的阻力和弹簧运动速度成正比，这就是d的作用。在飞机上，当我们依靠陀螺仪侦测到飞机往一个方向旋转时，我们就加上一个抑制这种转动的力，即-d*w
，w为角速度。i为假如我们的弹簧变形了，我们加上一个力使我们的弹簧恢复原来的形状，我是手动调整了一下误差，没有通过d来调节。
&&3，测量单元。我的问题出现在测量单元，同时我也相信绝大部分的人的问题都出现在测量单元。我用的是陀螺仪是gy80，集成了adxl345加速度测量单元还有l3g420d角速度测量单元。加速度计虽然叫加速度，但是可以直接得到pitch和roll，即沿x和y方向的倾斜角，原理在这里不解释。在没有干扰的情况下反回的数据很完美。我以为能真实反应飞机目前的倾角然后进行调节，我竟然就天真的拿这个数据直接用了，并且调整pid参数三星期毫无进展。当没有进展时，我开始思考是什么出了问题，我用processing打了一个示波器出来，将数据返回的绘制成波形显示在电脑上，发现了问题：电机不开的时候数据很好，电机一开数据简直没法看，因为电机震动对加速度计的影响非常大，而我们的角度是考加速度测量的，返回的简直是乱码，三个星期以来原来就是调这堆乱码！
&定下心来，觉得进行滤波，对加速度计返回的倾角进行低通滤波，陀螺仪受震动影响很小，不需要滤波。低通滤波大家不需要知道，这也是被淘汰了的，原因是滤波之后数据虽然很好看，但是会造成极大的延迟，飞机都偏到另一边了，还显示偏在这一边，这只适合在一些不需要太灵敏的地方。
下面介绍拯救我的一个简单有效的算法，不需要用到卡尔曼滤波这样高级的算法就足以让它飞起来而且飞的很好，有人叫他数据融合算法，其实没有这么玄。
&陀螺仪受震动的影响很小，它返回的是角速度，角速度*时间就是积分，每次循环读取一下当前的角速度再累加起来，比如第一次角速度20度/s，一个循环的周期是0.02s，譬如我的周期22ms。就是那么我们就知道转了0.4度。第一次转了2，第二次转了3，第三次转了-1，总共就转了2+3-1=4。有人会问，这样积分准确吗？很准！我开始也觉得不靠谱，后来发现很靠谱。两三面零点会产生三四度的偏差，不要紧，我们用准确的角度（加速度计返回的，加速度返回角度，有点绕）计来修正。
不加修正时，公式是这样的
角度=角速度*周期时间+原来的角度
加上修正后
角度=95%*（角速度*周期时间+原来的角度）+5%*准确的角度
对于这两个数据进行加权平均，这样既有时时性，又能保证零点不漂移，好，很好！
之后，pid随便给给就起来了，不信试试。
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