stm32无人机-飞行力学原理

惯性导航，是一种无源导航，不需要向外部辐射或接收信号源，就能自主进行确定自己在什么地方的一种导航方法。

惯性导航主要由惯性器件计算实现，惯性器件包括陀螺仪和加速度计。一般来说，惯性器件与导航物体固连，加速度计测量物体运动的加速度，已知初始状态(速度和位置)，加速度不断积分就可以计算出每个时刻速度和位置，就是这么简单的道理计算出速度位置进行导航。

四轴结构

四轴飞行器在空间上有6个自由度，分别是沿3个坐标轴进行平动和转动，通过对四个旋翼的转速控制来实现，6个自由度方向的运动姿态分别为：垂直升降、俯仰角度、前后飞行、横滚角度、左右侧向飞行。
四轴飞行器机体结构有“X”型和“+”型两种，我们通过“X”型进行飞行控制的讲解：

螺旋桨转动产生的力除了垂直向上的升力，还有一个切向的空气的反作用力（如图红色箭头），通过组合每一个螺旋桨的切向力，我们可以实现飞行器在空间中的运动。M1 和 M3 的螺旋桨物理结构上是相同的，M2 和 M4 相同（和前者是手性对称的，如果都相同机体不出意外也会跟着旋转），它们的旋转方向也是相反的。

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对角反扭矩

值得注意的，无人机的对角反浆或者反转

四轴无人机有一个特点，玩过无人机的人也应该知道，就是两个斜对角方向的旋翼旋转方向是不同的。这样使得顺时针方向与逆时针方向产生的反扭矩相互抵消。飞机不至于原地转圈。

在一些小的飞行器上可能会直接在两个对角线上安转正浆与反浆。这样直接控制四个电机旋转方向相同就行。

什么是反扭矩？

用直升机的例子解释：

直升机飞行主要靠旋翼产生的拉力。当旋翼由发动机通过旋转轴带动旋转时，旋翼给空气以作用力矩(或称扭矩)，空气必然在同一时间以大小相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼(或称反扭矩)，从而再通过旋翼将这一反作用力矩传递到直升机机体上。如果不采取措施予以平衡，那么这个反作用力矩就会使直升机逆旋翼转动方向旋转。所以直升机尾巴上的小螺旋桨就是用来抵消反扭矩，进而起到控制直升机方向的作用。

        所以如果我们要飞机向逆时针方向偏航，是不是就要增大逆时针方向上的反扭矩，减少顺时针方向的反扭矩。即增大顺时针旋转旋翼的转速，并减少逆时针旋转旋翼的转速。

重点关注一下偏航原理，是通过调整 两对电机的正反转实现了，桨叶旋转是会产生扭矩的。

动力学

1）垂直升降：当四个电机输出平衡时飞行器垂直运动，这点我们通过设置相同的 PWM 值可能无法实现，因为电机的物理状况有所差异。为此我们引入 PID 闭环控制，并通过姿态传感器进行姿态的观测。

 

当俯仰飞行时，对无人机进行整体受力分析，四个电机产生的力除了分解抵抗重力外，还会有水平方向上的力。