DIY四轴飞行器学习.pptx

DIY 四轴飞行器;【概述】：;区分正桨和反桨 用桨叶迎风面区分正反桨：螺旋桨横着放，桨叶有字的一面向上，右边桨叶的迎风面在后面的是正桨，右边桨叶的迎风面在前面的是反桨。 ;航模电池 ;预计成本;2.四轴飞行基本原理 ;基本概念： 通道 日本手、美国手 正桨、反桨 电子调速器(电调) 电池2s 常用飞控、飞控解锁 陀螺仪 电机kv值 ;板子外形PCB设计;电路原理图设计;电源模块原理图;MOS管驱动电机;LED灯电路;【MOS管如何驱动720空心板电机】;点亮LED 闪烁LED 启发：可以类比如上LED，如何驱动电机呢？ ;如下示意图：;四轴飞行器采用MOS管进行驱动电机(电子开关) PWM 实际的电路图如右图所示：R8的作用是匹配两端电压，R12就是为mos管的门的开关建立一个工作电压，而二极管的作用就是泄放电机在电流通断的过程中产生的电动势。 ;【软件进阶】;I2C专题 1.I2C通讯原理(I2C通讯时序、I2C主从机协调、I2C通讯常用问题) 2.软件模拟I2C(软件配置IO口实现数据通讯过程) 3.STM32硬件I2C接口的配置和使用(硬件I2C的配置过程) SPI接口与NRF模块的使用(遥控器通讯) 1.SPI硬件接口(SPI通讯原理、配置过程、数据) 2.NRF模块(配置过程、主从机数据通讯机制分析、NRF常见通讯失败经验问题);如何获取四轴飞行器的姿态角？ 1.MPU常见问题(硬件原理、如何用I2C与STM32进行数据通讯、如何检测MPU6050是否焊接成功、获取的原始数据的意义及转换关系) 2.数据滤波与数据融合算法(获取姿态角)或者直接移植dmp库进行姿态结算 ;PID控制算法专题 1.PID算法分析(开环控制以及闭环控制分析～平衡否、抗干扰性) 2.PID算法原理分析(PID算法数学推导、PID各部分作用以及对系统的影响、根据具体的系统选取相应最优的算法) 3.四轴系统PID算法分析(四轴系统分析、四轴单环PID算法分析、四轴串级PID算法分析) 4.调参 ;调参(上位机);测试飞行;【姿态的获取】;法1：直接用DMP获取四元数和欧拉角 法2：欧拉角微分法(物理意义比较明确，计算量大) mpu6050内部结构 坐标系的旋转以及欧拉角描述平面旋转设坐标系绕旋转α角后得到坐标系，在空间中有一个矢量在坐标系中的投影为，在内的投影为由于旋转绕进行，所以Z坐标未变，即有： ;转换成矩阵形式(单轴)： ;三维空间情况如下： 由该旋转矩阵通过公式推导可得欧拉角微分方程： ;法3：用四元数解算姿态 四元数定义： 构造四元数： 其中α是绕旋转轴旋转的角度，三个β角余弦值为旋 转轴在x,y,z方向的分量（由此确定了旋转轴）。;刚才用欧拉角描述的方向余弦矩阵(旋转矩阵)用四元数描述则为： 经由公式推导可知四元数转欧拉角： ANGLE.Yaw = atan2(2 * q1 * q2 + 2 * q0 * q3, -2 * q2*q2 - 2 * q3* q3 + 1)* 57.3; // yaw? ANGLE.Y= asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3; // pitch? ANGLE.X= atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3; // roll ;1.重力加速度归一化： 加速度计数据归一化，把加速度计的三维向量转换为单位向量， 因为是单位矢量到参考性的投影，所以要把加速度计数据单位化，其实归一化改变的只是这三个向量的长度，也就是只改变了相同的倍数，方向并没有改变，也是为了与单位四元数对应。 2.提取四元数的等效余弦矩阵中的重力分量： 将当前姿态的重力在三个轴上的分量分离出来,把四元数换算成方向余弦中的第三行的三个元素，根据余弦矩阵和欧拉角的定义，就是地理坐标系(参考坐标系)的Z???的重力向量。 ;3.向量叉积得出姿态误差并对误差进行积分处理 4.互补滤波，姿态误差补偿到角速度上，修正角速度积分漂移 5.四元数归一化 ;6.更新四元数 7.四元数转欧拉角 ; 谢谢大家