本帖最后由 paulhyde 于 2014-9-15 03:20 编辑 我们组在2013年全国电子设计大赛中选择的题目是自主四轴飞行器，为什么要选择这个题目呢，我想大家也明白，朝气蓬勃的我们喜欢玩天上飞的，地上走的已经玩腻了，大家想尝尝鲜，体验一下，尝鲜可不容易啊，
说不定还被四轴伤了自己呢，流了鲜血，在这次比赛中我们组之间配合的还是相当不错的，只是这个领域我们一点都不擅长，学校资金也不足，提供的硬件资源有限，我们就在这300多元的支持下完成了作品，
总重量100克，所有模块均为自制，当然除了架子。下面我们来看看它的真面目吧
这个照片是队友在调四轴飞行器的重心，大家可以看到飞行器架子真的很轻，我们自己制作的每个模块都很小，杜邦线自制的，根据需要的长短选择最佳的杜邦线长度，而且线选用最细质量较好的，之前制作的PCB比较重，所以改用最差的洞洞板，手工焊接，因为最差的洞洞板质量很轻，而且可以对称放置，大家对此有什么看法和建议可以告诉我，帮助我们继续做四轴飞行器，虽然比赛结束了，获得的奖项也很差，但是我们相信，凭借我们的兴趣和自我学习能力可以在后期完成更好的作品，
希望大家给我提出看法或者建议帮忙改进，我们现在还在做这个，希望四轴能早日起飞，承载着我们的梦想，翱翔在蓝蓝的天空中。
如果大家想要我们组的报告、流程图、程序的可以留下邮箱，我会发给大家的，谢谢哈，欢迎一起讨论学习
下面是我们组的设计方案，希望各位前辈能够指出不足，给予斧正
二、方案设计
1.设计思路
为达到设计要求，飞行器必须采用滑动加权滤波法和PID的控制算法。该算法利用滑动加权滤波法解决飞行器的非线性系统的姿态控制，并结合PID控制律实现速度与位置控制。因此本次设计的关键在于飞行器的姿态控制和路径识别，这恰是本设计的难点和重点，整个设计始终围绕这两点展开。
2.方案论证与选择
通过以上分析我们拟定如下方案：
方案一：以R5F100LEA为主控制器，通过控制L298芯片驱动直流有刷电机工作，从而为飞行器提供飞行动力。采用了加速度传感器MMA8451和3片ENC—03陀螺仪来测量飞行器空中飞行时的自身倾角。通过摄像头OV7620来采集路面上的黑线，从而识别路径，以实现从A区行驶到B区。此外，使用P20/15直流吸盘式电磁铁来吸附小铁片，以完成发挥部分的题目要求。原理图如图3所示。
方案二：以BTS7970芯片驱动直流无刷电机工作，从而为飞行器提供飞行动力。采用了MPU6050来测量飞行器空中飞行时的自身倾角。通过CCD来采集路面上的黑线，从而识别路径，以实现B区域的飞行控制。此外，使用自制的微型电磁铁来吸附小铁片，以完成发挥部分的题目要求。原理图如图1） (2) 电源电路 比赛刚开始时，我们选用的是3片3.7V锂电池串联使用，来为飞行器提供电源。但由于驱动电路有内阻的差异，所以两片驱动板供相同的电压时，输出有差异而且续航时间短。因此，我们选用了4片3.7V锂电池，每2片串联，来用以给两片驱动分别供电。
飞行器中，除了驱动电路的7.4V供电外，单片机、传感器、驱动电路的使能信号等都需要5V供电。所以我们用稳压芯片LM2940焊制了7.4V转5V的降压电路，原理图见附录2。
（3）飞行器飞行姿态的控制方法
四旋翼飞行器在空间共有6个自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。
垂直运动：垂直运动相对来说比较容易。在图中，因有两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。如图5所示。
俯仰运动：在图5中，电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转，同理，当电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。
三、设计实现
1．消除角度传感器测量值的抖动误差
根据实际测量，我们发现6轴姿态倾斜度模块采集值时会出现抖动误差。针对这一现象，我们采用了滑动加权滤波法来尽量消除这一抖动误差。滑动加权滤波法是把N个采样值看成一个长度固定为N的队列,每次采样到一个新数据就放入队尾，并扔掉原来队首的数据（先进先出原则），对队列中的N个数据进行加权运算；该算法对周期性干扰具有良好的抑制作用，并且具有很高的灵敏度，适合四轴飞行器系统的角度测量，得到相对准确的飞行器姿态，从而对飞行器状态进行调整。
2．提高对飞行器在飞行过程中速度与位置控制的稳定性
在实际测量中，我们发现飞行器在飞行时，飞行的速度与路径的识别存在不稳现象。我们采用了PID控制器来实现对飞行器飞行速度与位置控制的调稳。PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。PID控制器适合于四轴飞行器的速度控制与位置控制。 3.调整飞行器的机械重心
在调整重心的时候我们采用四个高精度的小型电子秤，每个电子秤的量程为200g。测量时，先把四个电子秤放在平地上，然后把四旋翼飞行器的四个脚分别放在四个电子称上。查看四个电子秤显示的重量，调整飞行器上的模块放置位置，使其对角线上的两个脚的显示的重量基本一致，就可使飞行器的重心保持在平衡位置上。因为我们定义了飞行器的其中一条对角线上的两个电机主要作为飞行器的上升和下降，另一条对角线上的电机为主要控制飞行器的方向，所以我们在调整飞行器的重心的时候，只要求其对角线上的重量分布均匀即可。在配重的时候我们把主要的重量放在控制飞行器上升和下降的两个电机上。参见附录3。
[
本帖最后由 mxj1005071012 于 2013-10-3 14:34 编辑 ]
提升卡
变色卡
千斤顶
1/6 
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2025 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
