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本文作者:李德强
          第十节 四轴飞行原理
 
 

        现在,我们就要开始学习四轴的飞行原理。在上一节中我们讲述了4个电机的转动方向是有要求了,为了消除四轴上的反扭力,我们需要让4个电机这样转动:

        我们暂时还没有为电机安装桨叶,但是需要说明的是:
        正:顺时针转动的电机使用的桨是正桨,电机转动时桨叶高速旋转,会产生向下(向地面)的气流,产生向上(向空中)的拉力;
        反:逆时针转动的电机使用的桨是反桨,电机转动时桨叶高速旋转,会产生向下(向地面)的气流,产生向上(向空中)的拉力;
        我们使用的正反桨在安装时一定要注意电机的编号,顺时针转动的电机用正桨,逆时针转动的电机用反桨。如果你不确定电机转动时气流向哪个方向流动,你可以打开你家里的电风扇,感受一下气流的方向。

        下面我们来讲述一下四轴飞行的各个姿态原理,图片中电机转动方向箭头的颜色表示电机转速的高低,深灰色表示电机转速高;浅灰色表示电机转速低;绿色表示电机转速刚好可使四轴在空中旋停:
        1、上升姿态,如果4个电机的转速相同,且转速高,产生的拉力足以带动整个机身向上飞起,则四轴处于上升姿态:

      
        2、下降姿态,如果4个电机的转速相同,且转速低,产生的拉力不足以带动整个机身,则四轴处于下降姿态:

        3、旋停姿态,如果4个电机转速相同,且产生的拉力刚好等于机身受到的重力,则四轴处于空中旋停状态,此时我们称电机处于标准转速:

        4、前倾/后倾,如果电机1、电机3保持标准转速,而电机0转速降低,电机2转速升高,它们的转速与标准转数差的绝对值是相同的,也就是说它们的变化量是相同的。这样电机0侧轴拉力减小,电机2侧拉力增大,四轴会向电机0倾斜,但四轴的整体拉力不变,因为电机0减慢了,但电机2加快了;反之,电机2减慢了,但电机0加快了,四轴就会向电机2的方向倾斜:

        5、左倾/右倾,如果电机0、电机2保持标准转速,而电机1转速降低,电机3转速升高,它们的转速与标准转数差的绝对值是相同的,也就是说它们的变化量是相同的。这样电机1侧轴拉力减小,电机3侧拉力增大,四轴会向电机1倾斜,但四轴的整体拉力不变,因为电机1减慢了,但电机3加快了;反之,电机3减慢了,但电机1加快了,四轴就会向电机3的方向倾斜:

 

        6、前进/后退/向左/向右,当四轴在倾斜的状态下,4个电机产生的气流方向也会有一定的改变,电机产生的拉力方向也有所改变。所以,在四轴倾斜时,就是向倾斜的方向移动过程。倾斜角越大,移动速度就越快。

        7、顺时针自旋/逆时针自旋,当对角线上的电机0和电机2转速增加,而电机1和电机3转速减少时,四轴整体拉力不变,但反扭力不平衡,四轴开始顺时针自旋;反之,电机1和电机3转速增加,而电机0和电机2转速减少,四轴开始逆时针自旋:




        8、四轴平衡,我们使用的4个电机在转动时转速不可能完全相同,即使你使用的都是同样型号的电机和电调,所以四轴上的4个轴的拉力也不可能完全平衡,转速总会有一些不同,而且我们自己动手安装的四轴重心也不可能完美的处于四轴的中心点,所以在四轴飞行时总会有倾斜。当对角线上两个电机转速不同时四轴不但会朝转速低的方向倾斜,而且倾斜角度会越来越大,从而出现翻滚,坠机。
        我们的目标不是倾斜后翻滚坠机,而是希望四轴能保持一个小的倾斜角度,从而让四轴做出前进、后退、向左、向右等动作。而当四轴被自身条件或周围气流影响后倾角发生变化时,我们通过PID反馈控制让四轴尽快的恢复到期望状态(保持一个小的倾斜角度)。这也就是我们的核心算法——“四轴平衡算法”。

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