四軸飛行器原理介紹：

四軸飛行器通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。結(jié)構(gòu)上，本次應(yīng)用中使用四軸飛行器的飛行模式是X 模式，如圖所示，四軸飛行器的四個(gè)電機(jī)一對(duì)正轉(zhuǎn)，一對(duì)反轉(zhuǎn)使得垂直方向旋轉(zhuǎn)的反扭矩平衡, 從而保證了飛行的穩(wěn)定。四軸飛行器可以用作航拍、玩具等，在我們生活中已經(jīng)越來(lái)越常見(jiàn)。

四軸飛行器整機(jī)正面和背面：

四軸飛行器硬件結(jié)構(gòu)框圖：

四軸飛行器飛行模式（X 模式）

四軸飛行器的基本飛行狀態(tài)可以分為：垂直飛行、水平飛行（俯仰和翻滾）、偏航飛行，詳見(jiàn)說(shuō)明見(jiàn)附件內(nèi)容。

• PID 平衡控制

對(duì)于四軸飛行器平衡控制算法中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速并不是單獨(dú)由油門(mén)來(lái)決定，而是以油門(mén)為基準(zhǔn)整合上空間三軸俯仰（Pitch）、翻滾（Roll）和偏航（Yaw）的控制量來(lái)決定，如下公式所示。例如，四軸飛行器機(jī)頭向下傾斜時(shí)（對(duì)應(yīng)俯仰），為了達(dá)到平衡，電機(jī)3 和電機(jī)4 增大轉(zhuǎn)速，電機(jī)1 和電機(jī)2 減小轉(zhuǎn)速，此時(shí)俯仰控制量應(yīng)該向負(fù)增大（控制量的正負(fù)由姿態(tài)芯片MPU6050 擺放決定）。

• 上述的三軸控制量則由本系統(tǒng)中使用的增量式PD 控制得到（PID 控制算法的一種）。以俯仰控制量為例，MPU6050 可以得到空間三軸的旋轉(zhuǎn)角速率，正好是角度的微分，所以可以得到以下計(jì)算公式。

由于實(shí)際偏航角（Yaw）無(wú)法由MPU6050 測(cè)得，需要用電子羅盤(pán)，但是電子羅盤(pán)在四個(gè)電機(jī)的電磁作用下，精度受影響較大，所以上式中偏航（Yaw）控制量去除比例項(xiàng)，僅由微分項(xiàng)得到。MPU6050 的姿態(tài)刷新頻率約為10ms 一次。

四軸飛行器硬件+軟件設(shè)計(jì)分析截圖：