【正文】 ??????????pqIIrpIIqrIIxxyyzzxxyyzzH? 其中， ??rH? 是機體坐標系下的角動量的變化率 ? ?Trqp ,?? 是機體坐標系下的角速度。 ? ?? ?? ?2121F22d22iiidiiiiikDkG??????????? 其中， G 為飛行器所受的重力， 4321ii ， ?F 為第 i 個旋翼產(chǎn)生的升力，iD 為第 i 個旋翼受到的阻力， tC 為旋翼的升力 參數(shù) ， dC 為旋翼的阻力 參數(shù) ，i? 為第 i 個旋翼的角速度， tk 為升力系數(shù)， dk 為阻力系數(shù)。 BBYO 軸平行于電機 M2和 M4 所在的直線，正向為電機 M2 方向。四旋翼無人機一般飛行高度在 02021米的低空環(huán)境中，而且飛行速度在 050km/h 之間。 圖 （ d） 飛行姿態(tài)受力變化狀態(tài) 偏 航：偏航運動是四旋翼的四個旋翼前后旋翼同時增加或者減小相同的轉(zhuǎn)速 ,左右旋翼減小或者增加相同的轉(zhuǎn)速。引起的四旋翼無人機飛行器左旋翼上升右旋翼下降產(chǎn)生的角即為滾轉(zhuǎn)角。垂直爬升同時增加或者減小四個旋翼的相同的速度 ,保持四旋翼飛行器的機體平衡。動力輸出部件由兩對獎葉組成，利用中心控制部件把動力部件和電機與槳連接。小型飛行器的體積和質(zhì)量不大 ,因此飛行器的固有時間常數(shù)也就相對比較小，相對于中大型的飛行器的控制難度會增加。無人機被設計成四旋翼的形式具有其一定理論基礎的現(xiàn)實要求，首先四個旋翼也就是螺旋槳都處于一個共同的水平平面內(nèi)，無人機飛行通過控制各個螺旋槳的拉力大小使無 人機飛行時具有穩(wěn)定的姿態(tài)。未來是高智能、高科技、信息化的現(xiàn)代科技社會，在社會的各個角落都需要富含高科技的設備來服務于這個社會服務于人類。 可傾轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)多旋翼無人機是一種新型概念型無人機，其具有特有的動力分布和結(jié)構(gòu)分部使其可以較為合理的解決現(xiàn)有的兩大難題，使現(xiàn)有的問題合理的解決。 目前設計的變結(jié)構(gòu)大型有人駕駛飛行器都采用了機身旋轉(zhuǎn)的設計方式，在兩個機翼末端安裝可以旋轉(zhuǎn)的旋翼。這種新型無人機兼具垂直起降的靈活性還具備高速可續(xù)航時的新型無人機，是未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭戰(zhàn)場重要的選擇之一。 隨著時間的推移，歷史決定了這一新型無人機的技術被應用 。 五十年代誕生了超高音速的無人機 。由于當時的科技水平不高，任務沒有達到初期預想的那樣，最終被軍方放棄。 variable structure。無人機可以 通過裝載一些傳感器 或 新型硬件來實現(xiàn)視屏影像 傳輸、 空中物品運輸、危險地區(qū)勘探 等功能，是 對低空和不足之處的補充 。 關鍵詞 ： 變結(jié)構(gòu)機械結(jié)構(gòu) ； 控制電路；飛控程序；變結(jié)構(gòu)；過程控制； II Design and implementation of variable structure control circuit for multi rotor unmanned aerial vehicle ABSTRACT Unmanned aircraft, unmanned aerial vehicles (referred to UAV), is a kind of developing to the military field, the field of agriculture, the new concept in the field of industrial equipment, which has flexible, rapid response, unmanned flight, remote control, and can reach the advantages of people can not reach the area. UAV to achieve realtime image transmission through with several kinds of sensors or other devices, highrisk area detection, item spawn functions, is a plement to traditional aerial remote sensing satellite remote sensing and rapid response capability. At present, the application of UAV has been developed to the military, scientific research, civilian three areas are the specific applications such as electric power, munications, meteorology, agriculture, marine, exploration, photography, disaster prevention and mitigation, estimating the yield of crops in the fields of drug smuggling, border patrol, anti terrorism and other security applications is very wide. There is no short distance endurance UAV power source in the case of certain air can only give the UAV itself weight, and unable to realize long distance flight, and the power source download weight is too small. The UAV Control in variable structure is not perfect, it is necessary to further improve and perfect control. Keywords: variable structure mechanical structure。 1917年人們可以盡情的放飛思想來探索時代。 無人機 是一種全新型概念性設備 ,通過在地面建設發(fā)射平臺來對無人機上裝有的接收裝置發(fā)射相應要求信號，其在機身上核心芯片中有姿態(tài)調(diào)控、自我控制、信號收發(fā)、遙測信號、 GPS 等，通過這些 功能實現(xiàn)對無人機的無人操作和駕駛 。 其中常規(guī)的固定翼飛機例如我們常說的噴氣式商用客機其需要很長的跑道和起飛動能只有在速度達到一定程度上，飛機才能得到足夠的升力完成起飛過程，但是其也具有在空中飛行時間 長且在空中能保持穩(wěn)定飛行姿態(tài)和平穩(wěn)性 。目前國內(nèi)研究進度都取得了顯著的進步，南航在飛行過程空中力學模型建立和空中姿態(tài)控制等方面；西北大 學 在 變姿態(tài)控制 等；中航工業(yè)在過程階段空中傾轉(zhuǎn)控制規(guī)律等。 可傾轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)旋翼無人機在飛行時具有三種飛行態(tài)： 變結(jié)構(gòu) 起降態(tài)、常規(guī)移動 飛行態(tài) 和懸停狀態(tài) ，這三種狀態(tài)簡單的將無人機傳統(tǒng)意義上的兩大矛盾體有機的結(jié)合在一起，并且進一步的簡化飛行中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，其中在起降態(tài)時對無人機本身提供了升力，而在飛行態(tài)時提供推力，已達到飛行的速度要求，其中對于過渡態(tài)是相對比較復雜的一個狀態(tài)，就需要在過渡態(tài)對控制進行細分和調(diào)控參數(shù)，對 于傳統(tǒng)意義上的無人機在飛行過程中不僅提供升力還同時提供推力，這樣對于傳統(tǒng)的無人機在控制上的控制就提出了比較高的控制要求，不僅需要控制起降，還要同時控制飛行，這就對空中的變化過程有盡可能多的預測和增加基礎數(shù)據(jù)。在民用領域，無人機開始在氣象監(jiān)測、地質(zhì)勘測、地圖測繪、邊境控制、信號中繼等諸多領域得到廣泛的應用 。 國內(nèi)目前對于變結(jié)構(gòu)無人機的應用正是因為現(xiàn)實的應用和需要，才衍生了這種新型概念型無人機。幾大系統(tǒng)的組成就需要中間的控制程序來協(xié)調(diào)處理無人機在空中可能遇到的不確定因素來進行處理。常規(guī)直升機只有一個旋翼，拉力增加的有限 ，因此多旋翼無人機這種設計模式就可以較大的增大飛行器的拉力。這樣從系統(tǒng)分析的角度來說，簡化了分析的結(jié)構(gòu)，從而減小分析的難度。 8 圖 (b)空中姿態(tài)控制流程 垂直爬升或者下降：飛行器在垂直爬升的過程中 ,在爬升率穩(wěn)定以后 ,所需的升力只需稍微大于懸停的平衡狀 態(tài) ,其差別只在于機身在旋翼轉(zhuǎn)動的速度中有所不同 ,爬升時的轉(zhuǎn)速要比懸?？?,但是發(fā)動機的功率需求大。停狀態(tài)。這樣會導致前后旋翼的拉力變化 ,造成前后旋翼的力矩使其繞 Yb 旋轉(zhuǎn)。由反作用力就可以得出機體會繞中心逆時針旋轉(zhuǎn) ,這樣就產(chǎn)生了反扭矩。分別 建立以 機體 質(zhì)心為原點的坐標系和 以大地上相對一點為原點的 地面坐標系。 由以上定義可得出，四 軸 無人機 機體 坐標系到 大地 坐標系各個軸的轉(zhuǎn)換方程，分別表示為式 ()~() 12 ? ?? ?? ?2 . 31000c o ss i n0s i nc o s2 . 2c o s0s i n010s i n0c o s2 . 1c o ss i n0s i nc o s0001?????????? ?????????????????????????????????????????RRR 由式 ()~式 ( )可知機體坐標系 B 到地面坐標系 E 的轉(zhuǎn)換矩陣為 ? ?2 . 4c o sc o ss i nc o ss i nc o ss i nc o ss i ns i ns i ns i ns i nc o ss i ns i ns i nc o ss i nc o ss i ns i nc o sc o sc o stoto???????????????????????????????????????????BEBERRRRR 其中， BEtoR 為四旋翼飛行器 機身質(zhì)心 坐標系與 靜止的大地 坐標系之間的 空間坐標系 轉(zhuǎn)換關系。查資料可得。 式 ()為本文推導的四旋翼飛行器的最終模型，在下文中對其進行分析及建模。 19 控制算法流程 控制算法重要性就像人體的大腦一樣重要，也是整體的運算中心，想要設計一個完美控制算法難度不亞于一個大腦的腦回路般復雜，但是可以利用機器的特性，設計一個有邏輯過程的控制算法是可以實現(xiàn)的，一般是將控制過程進行模擬簡化并根據(jù)簡化的結(jié)構(gòu)來分步執(zhí)行簡化的邏輯程序。在 k 時刻給定的電機轉(zhuǎn)速信號和給定的現(xiàn)實電機轉(zhuǎn)速之間存在一定得誤差為 ? ? ? ? ? ?kkDkerr VVV ?? ，此時增量是算法的表達式為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?為積分系數(shù)。 AIRf 與攻角，姿態(tài)和線速度的關系可通過實驗飛行獲得。 這其中有一個很重要的要點，就是對于無人機機身本身必須保持機身總體質(zhì)量或其他配加的重量的 質(zhì)心在無人機的中心，同時使得旋翼產(chǎn)生的力矩在一個點上且與質(zhì)心重合，只有受力點和質(zhì)心重合時對于無人機自身的受力影響才會更加穩(wěn)定。 其次就是在對空中的受力變化和穩(wěn)定性能進行必要的整改和調(diào)整，這就需要對整體的質(zhì)量和參數(shù)有一個明確的位置判斷。 3U 是控制機體產(chǎn)生目標角度按計算得出的滾轉(zhuǎn)力矩 . DlP KKK 、 是三個過程系數(shù)已實現(xiàn)和滾裝控制相同過程功能。同時對無人機的各個硬件實現(xiàn)控制和調(diào)控，并按一定邏 輯來實現(xiàn)控制要求，同時使邏輯較為簡單、合理、快速。 圖 模擬控制仿真高度輸入信號 31 圖 模擬控制仿真高度輸出信號 控制主程序及關鍵程序編寫 根據(jù)變結(jié)構(gòu)無人機的自身特點和自 身控制需求，對控制過程編寫了專用的程序來控制相應的流程，來講流程圖轉(zhuǎn)化為了機器語言。 //外 0fb1 } xyz_f_t except_A = {0,0,0}xyz_f_t ctrl_angle_offset = {0,0,0}。 // = . *4096。 = To_180_dgres( Pitch )。 = ctrl_2PID[IDPITH].ki * *T。 /* 對用于計算比例項的角度誤差限幅 */ LIMT( , 90, 90 )。 圖 硬件電機電調(diào)設備連線圖 電池：作用是為多旋翼無人機提供所需的一切能量，其中用于對中心控制的供電和旋翼的旋轉(zhuǎn)的能量一般根據(jù)多旋翼無人機自身重量及旋翼所能提供的升力和續(xù)航時間，采取折中方案選取一定的電量的電池，一般選用 11V 左右的直流鋰電池，根據(jù)使用時長來確定容量。同時還能節(jié)約適當?shù)碾娏?，起到?jié)能的作用，為無人機在空中提高航時起到重要作用，無刷電機采用電子換向裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械換向裝置，同時保留了直流電機的優(yōu)點。 6050MPU 也可以通過其剩余的接口連接其他設備。但是目。其實質(zhì)是指通過中心控制器的控制算法來輸出對電機的電流控制，其控制算法經(jīng)過之前對無人機在空中的姿態(tài)的計算，得出對應的控制信號，從而控制電源輸出的電流。 舵機：用于控制變結(jié)