四旋翼飞行器控制电路设计与实现文献综述

 2021-11-08 10:11

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文献综述

一、四旋翼飞行器的简介

四旋翼直升机[1],国外又称Quadrotor,Four-rotor,4rotorshelicopter,X4-flyer等等,是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构,相对的四旋翼具有相同的旋转方向,分两组,两组的旋转方向不同。与传统的直升机不同,四旋翼直升机只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作(目前,也出现可以改变螺距的四旋翼飞行器,这种控制方式比改变电机转速更灵活方便)。

飞行控制问题是微小型四旋翼无人直升机研制的关键问题,主要有两方面[2]的困难。首先,对其进行精确建模非常困难。其次,微小型四旋翼无人直升机是一个具有六个自由度,而只有四个控制输入的欠驱动系统[3]。根据微小型四旋翼飞行器发展现状和相关高新技术发展趋势,预计它将有以下发展前景①随着相关研究进一步深入,预计在不久的将来小型四旋翼飞行器技术会逐步走向成熟与实用,②未来的微型四旋翼飞行器将完全能够达到美国国防预研局对MAV基本技术指标的要求,③微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应用。

总之,微小型四旋翼无人直升机飞行控制技术的研究,从理论和工程的角度都具有重要意义。

二、四旋翼飞行器的结构与工作原理

四旋翼飞行器的基本结构[4]如图1所示.四旋翼飞行器的4只旋翼安装于十字形机体的4个顶点位置,分为顺时针旋转(1、3)和逆时针旋转(2、4)2组.当4只旋翼转速相等时,相互间抵消反扭力矩;同时增加或减小4只旋翼的转速可实现上升或下降运动;当l号与3号旋翼转速增加(减小),2号和4号转速不变,飞行器实现偏航.当1号和3号旋翼转速固定,2号旋翼转速增加(减小),4号旋翼转速减小(增加),飞行器实现向左(向右)飞行。当2号和4号旋翼转速固定,1号旋翼转速增加(减小),3号旋翼转速减小(增加),飞行器实现后退(前进)飞行。

三、四旋翼飞行器的国内外研究现状

目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都属于微小型无人飞行器,一般可分为3类[5]:遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。

(1)遥控航模四旋翼飞行器

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