B题四旋翼自主飞行器(经验交流)

全国大学生电子设计竞赛经验交流.参赛题目：四旋翼自主飞行器.参赛队员：赵泽民王希鹏王祥宇.青岛农业大学来自元器件清单猜想比赛一周前收到元器件清单通知，我们分析认为四旋翼飞行器应该是控制类题目，我们基于擅长做控制类题，所以就对这道题提前进行了分析。当提前三天收到瑞萨单片机后我们根据CPU体积质量分析，认为瑞萨单片机可能与四旋翼飞行器有关。飞行器的选择我们选择的标准：1、选小不选大，这样既满足了组委会对四旋翼尺寸的要求，又因为飞行惯性会小一些，利于控制2、选材料轻质的，有利于提高续航能力，满足完成比赛的要求参赛题目选择组委会官方网站公布题目后，针对控制类题目我们提出了以下问题：1、每个题目的技术难点有哪些，能不能解决？2、根据实验室现有条件是否能够完成这道题目？3、假若要做这道题目，我们能做到何种程度？经过比较分析，我们认为，四旋翼飞行器是一道新题，对任何队伍都没有经验和优势可言；CPU有特殊要求，我们已经基本掌握，这是我们的优势；飞行器比赛场地分析1、飞行器飞离地面20cm，从A点飞到B点2、飞行器飞离地面20cm，从B点飞到A点3、飞行器衔住厚度小于0.05cm，形状为4*4cm正方形铁片从A点起飞，飞过中间1m示高线在B点上空抛落贴片然后越过示高线飞回A点电机驱动电路设计电机需要2A电流,对于低电压高电流要求,我们选用KD2300,KD2300贴片式,供电电压20V以下,内阻28mΩ,最大电流6A，体积较小,控制电路简单易于实现。转速的测量方案由于电池电压随着飞行时间而减小，给一个同样的PWM电机转速是不一样的，这样无法精确控制电机得飞行速度，为此我们加上了凹槽红外对管传感器直接测电机转速根据电压变化PWM给以不同变化。但是最后没有用，因为无法找到合适的PWM、电池量、转速这三者之间的关系。因为需要掌握飞行器飞行状态、飞行参数以达到控制控制飞行器的目的，我们选用MPU-6050模块(三轴陀螺仪+三轴加速度)传感器，标准IIC通信协议芯片内置16bitAD转换器,16位数据输出，四个电机用四路不同PWM波进行控制。飞行姿态控制方案运动分析•四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。•在图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。控制方式本队将四旋翼飞行器四个机翼分为三种控制方式：第一种：将1和2，3和4级联，用以控制前后飞行；第二种：将2和3，1和4级联，用以控制左右飞行；第三种：将1和3，2和4级联，用以控制斜航飞行；控制算法INCLINE_X：X轴PWM控制量；CTRL_X:人为控制偏移量INCLINE_Y：Y轴PWM控制量；CTRL_Y:人为控制偏移量NCLINE_Z：Z轴PWM控制量；CTRL_Z:人为控制偏移量INCLINE_X=(ANGLE_X+CTRL_X)*M+ANGLE_SPEED_X*N;INCLINE_Y=(ANGLE_Y+CTRL_Y)*M+ANGLE_SPEED_Y*N;INCLINE_Z=(ANGLE_Z+CTRL_Z)*M+ANGLE_SPEED_Z*N;PWM1=BASIC+INCLINE_X+INCLINE_Y+INCLINE_Z;PWM2=BASIC+INCLINE_X-INCLINE_Y-INCLINE_Z;PWM3=BASIC-INCLINE_X-INCLINE_Y+INCLINE_Z;PWM4=BASIC-INCLINE_X+INCLINE_Y-INCLINE_Z;飞行位置控制方案论证1、安装OV7725摄像头模块，对地面黑色巡航线自带24MHZ有源晶振，方便使用，分辨率120FPS高帧速度输出，需要高速度处理器进行处理2、安装光电开关进行寻迹使用E18-B0-N1光电开关，不需要外设电路，利用光电开关盲区检测地面高度，不稳定难实现3、自行设定飞行时间，不加传感器对飞行方向和飞行时间需要严格精确控制根据的飞行器负载能力、指定cpu的性能分析我们选择了方案三。程序框图开始传感器校准电量检测根据传感器PID计算值和运动命令计算出电机转动值读取传感器数值并进行PID运算根据设定产生动作命令PWM生成控制电机中断中断实验室测试