四旋翼飞行器控制算法

A. 什么是四旋翼

四旋翼即四旋翼直升机，是一种具有特定结构和飞行控制方式的飞行器。以下是关于四旋翼的详细解释：

• 结构特点：四旋翼直升机具有四个螺旋桨，这四个螺旋桨呈十字形交叉结构排列。相对的两个螺旋桨具有相同的旋转方向，整个螺旋桨分为两组，且这两组的旋转方向是不同的。

• 飞行控制方式：与传统的直升机不同，四旋翼直升机不能通过改变螺旋桨的倾斜角度来控制飞行方向和高度。相反，它主要通过改变四个螺旋桨的转速来实现各种飞行动作，如上升、下降、前进、后退、左转、右转以及悬停等。

• 应用场景：由于四旋翼直升机具有结构简单、机动性强、易于操控等特点，它在航拍、地形测绘、农业植保、灾难救援等多个领域都有广泛的应用。特别是在需要低空飞行、精确操控和复杂环境作业的场合，四旋翼直升机展现出了独特的优势。

B. 四轴飞行器遥控器的功能以及使用方法是什么

功能是控制四轴飞行器

使用方法详细图解：

1、将四旋翼飞行器的开关调至ON，将遥控器的开关调至ON。

(2)四旋翼飞行器控制算法扩展阅读：

四轴飞行器又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器（Quadrotor）是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构，十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力，从而调整自身姿态。

因为它固有的复杂性，历史上从未有大型的商用四轴飞行器。近年来得益于微机电控制技术的发展，稳定的四轴飞行器得到了广泛的关注，应用前景十分可观。国际上比较知名的四轴飞行器公司有中国大疆创新公司、法国Parrot公司、德国AscTec公司和美国3D Robotics公司。

结构特性

如图所示，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。

四轴飞行器是一个在空间具有6个活动自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），但是只有4个控制自由度（四个电机的转速）的系统，因此被称为欠驱动系统（只有当控制自由度等于活动自由度的时候才是完整驱动系统）。不过对于姿态控制本身（分别沿3个坐标轴作旋转动作），它确实是完整驱动的。

与直升机相比，四轴飞行器可以实现的飞行姿态较少，不过基本的前进、后退、平移等状态都可以实现。但是四轴飞行器的机械结构远远比直升机简单，维修和更换的开销也非常小，这让四轴飞行器有了比直升机更大的应用优势。

自动控制原理

为了保持飞行器的稳定飞行，在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3 轴加速度传感器组成惯性导航模块，可以计算出飞行器此时相对地面的姿态以及加速度、角速度。飞行控制器通过算法计算保持运动状态时所需的旋转力和升力，通过电子调控器来保证电机输出合适的力。

C. 控制系统设计专题（三）——自抗扰控制算法（下）

自抗扰控制算法的关键内容包括以下几点：

1. 改进型ADRC：

   • 针对观测误差，通过添加积分环节来消除稳态误差，从而更好地适应实际工程中的需求。

2. LADRC：

   • 是高志强先生提出的线性版本，通过线性化非线性函数，简化了状态观测器的参数整定过程，使得设计更加直观和易于实现。

3. 扩张状态观测器参数整定：

   • 在多旋翼飞行器控制系统中，参数整定方法涉及记录反馈量和微分信息，并通过滤波处理来减小噪声的影响，从而获取准确的观测值。

4. 跟踪微分器的应用：

   • 跟踪微分器在飞行器控制中对于输入信号的噪声敏感，但通过滤波后能有效跟踪状态量，避免信号突变问题，提高控制的稳定性和准确性。

5. 飞行控制系统设计实例：

   • 以四旋翼飞行器为例，采用串级控制结构，包括内环姿态增稳和外环轨迹控制，利用ADRC实现高动态响应，展示了自抗扰控制算法在实际工程中的应用效果。