第一篇：淺談基于SolidWorks 和ANSYS 的一種四旋翼飛行器旋翼的設(shè)計(jì)及分

1、前言

四旋翼無(wú)人飛行器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、飛行方式獨(dú)特的垂直起降式飛行器, 因其起飛降落所依賴空間小, 及姿態(tài)保持能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 在軍事和民用多個(gè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。四旋翼飛行器采用四個(gè)旋翼作為飛行的直接動(dòng)力源，旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，旋翼1 和旋翼3 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋翼2 和旋翼4 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，四個(gè)旋翼的設(shè)計(jì)對(duì)四旋翼無(wú)人飛行器的最大載重和平衡性有著重要關(guān)系，由于我們無(wú)法直觀的用肉眼分析旋翼設(shè)計(jì)是否能夠滿足要求，所以筆者采用ANSYS 對(duì)一種四旋翼飛行器的螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析，由于ANSYS 三維建模效率低，因此采用SolidWorks 進(jìn)行設(shè)計(jì)后，再導(dǎo)入ANSYS 進(jìn)行相關(guān)分析和處理。

2、旋翼模型建立及調(diào)用

四旋翼飛行器螺旋槳主要是由SolidWorks 軟件建立三維模型。將模型體在SolidWorks 中另存為X_T 格式，然后啟動(dòng)ANSYS 軟件，在對(duì)話框中導(dǎo)入四旋翼飛行器旋翼模型X_T 文件。定義單元類型，采用三維實(shí)體單元，然后定義材料屬性，定義彈性模量為 8.3 GPa，泊松比為 0.28，密度為 1180 kg/m3，接下來(lái)對(duì)旋翼模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。再在模型上添加面1、面2 為固定面。同時(shí)在xcomponent、y component、z component 三欄分別輸入0。在inertial中Rotation Velocity 欄中的magnitude 中輸入?yún)?shù)60，即角速度60rad/s。以螺旋槳中心孔的軸線為旋轉(zhuǎn)軸。在后處理階段選擇solution 工具欄的stress 中的Equivalent, 以觀察等效應(yīng)力。選擇solution 工具欄的strain 中的Equivalent, 以觀察等效應(yīng)變。選擇solution 工具欄的Deformation 中的total, 以觀察總應(yīng)變。

3、ANSYS 分析

結(jié)合四旋翼飛行器螺旋槳以60rad/s 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力圖、應(yīng)變圖及總的應(yīng)變。我們可以看出螺旋槳螺旋槳的應(yīng)力分布，其中顏色有藍(lán)色到紅色逐漸增加。我們可以看出螺旋槳螺旋槳的應(yīng)變分布，其中顏色有藍(lán)色到紅色逐漸增加，應(yīng)變可以看出與應(yīng)力大致吻合。我們可以看出螺旋槳螺旋槳的總應(yīng)變分布，其中顏色有藍(lán)色到紅色逐漸增加。分析可以得出旋翼設(shè)計(jì)安全可靠。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文以四旋翼飛行器螺旋槳為研究對(duì)象，先用SolidWorks 軟件對(duì)四旋翼飛行器螺旋槳進(jìn)行建模，然后將SolidWorks 模型導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行螺旋槳的受力分析，最后得出四旋翼飛行器螺旋槳的所受的應(yīng)力圖、應(yīng)變圖及總的應(yīng)變，為螺旋槳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了必要的參數(shù)。

第二篇：關(guān)于四旋翼飛行器的心得

關(guān)于四旋翼飛行器的心得

對(duì)于飛行器或者航模之類的映像，是在高中時(shí)期，學(xué)校有航模小組，經(jīng)常可以看到拿著航模的學(xué)生在進(jìn)行試飛，當(dāng)時(shí)心中感覺(jué)“航?！笔欠浅Ｓ幸馑疾⑶摇案呖萍肌薄Ｈ缃褚呀?jīng)歷高考進(jìn)入大學(xué)，在學(xué)校的為我們安排的導(dǎo)師制計(jì)劃中，非常幸運(yùn)的加入無(wú)人機(jī)航拍飛行器小組，關(guān)于四旋翼飛行器，在查閱了相關(guān)資料后，有了一定的了解。

四旋翼飛行器也稱為四旋翼直升機(jī)，是一種有4個(gè)螺旋槳且螺旋槳呈十字形交叉的飛行器。Seraphi 是一款可用于空中拍攝的一體化多旋翼飛行器，它外觀時(shí)尚精美，做工精湛，還擁有集成了自身研發(fā)的飛行動(dòng)力系統(tǒng)，并配置專業(yè)的無(wú)線電遙控系統(tǒng)。Seraphi集成易作、易維護(hù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)，在出廠前已經(jīng)設(shè)置并調(diào)試所有的飛行參數(shù)及功能，具有免安裝、免調(diào)試的快速飛行模式。Seraphi 攜帶方便，可以搭配GoPro或者其它微型相機(jī)錄制空中視頻。

記得在TED的講座中，有一期叫做“TED-紅遍全球的的炫酷飛行器”，這個(gè)講座說(shuō)明了四旋翼飛行器的一些特點(diǎn)。1.時(shí)尚精美、做工精湛。Seraphi外觀時(shí)尚精美，做工精湛，還擁集成了自身研發(fā)的飛行動(dòng)力系統(tǒng)，并配置專業(yè)的無(wú)線電遙控系統(tǒng)。2.集成易作、易維護(hù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)。Seraphi集成易作、易維護(hù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)。Seraphi 攜帶方便，可以搭配GoPro或者其它微型相機(jī)錄制空中視頻。3.自由切換多種飛行模式。Seraphi內(nèi)置自身研發(fā)的飛行控制系統(tǒng)，具備多種飛行模式，可以根據(jù)不同的飛行需要以及不同的飛行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的智能切換以達(dá)到不一樣的飛行體驗(yàn)。4.方向控制靈活。Seraphi具備自身研發(fā)飛控系統(tǒng)，方向控制靈活。在通常飛行過(guò)程中，可以根據(jù)需要，進(jìn)行靈活縱。

制作航拍飛行器能夠讓培養(yǎng)我們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，拓寬我們的知識(shí)領(lǐng)域，同時(shí)讓我們動(dòng)手實(shí)踐的能力得到提升，相信這次經(jīng)歷肯定能成為我的大學(xué)生活中最值得回憶的事情之一。

第三篇：動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模（四旋翼飛行器仿真）實(shí)驗(yàn)報(bào)告

動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模（四旋翼飛行器仿真）

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

院（系）名稱

大飛機(jī)班

學(xué)號(hào)

學(xué)生姓名

任課教師

2011年

X月

四旋翼飛行器的建模與仿真

一、實(shí)驗(yàn)原理

I．四旋翼飛行器簡(jiǎn)介

四旋翼飛行器通過(guò)四個(gè)螺旋槳產(chǎn)生的升力實(shí)現(xiàn)飛行，原理與直升機(jī)類似。四個(gè)旋翼位于一個(gè)幾何對(duì)稱的十字支架前、后、左、右四端，如圖1-1所示。旋翼由電機(jī)控制；整個(gè)飛行器依靠改變每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)控制。

在圖1-1中，前端旋翼1

和后端旋翼3

逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而左端旋翼2

和右端的旋翼4

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以平衡旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的反扭轉(zhuǎn)矩。由此可知，懸停時(shí)，四只旋翼的轉(zhuǎn)速應(yīng)該相等，以相互抵消反扭力矩；同時(shí)等量地增大或減小四只旋翼的轉(zhuǎn)速，會(huì)引起上升或下降運(yùn)動(dòng)；增大某一只旋翼的轉(zhuǎn)速，同時(shí)等量地減小同組另一只旋翼的轉(zhuǎn)速，則產(chǎn)生俯仰、橫滾運(yùn)動(dòng)；增大某一組旋翼的轉(zhuǎn)速，同時(shí)等量減小另一組旋翼的轉(zhuǎn)速，將產(chǎn)生偏航運(yùn)動(dòng)。

圖1-1

四旋翼飛行器旋翼旋轉(zhuǎn)方向示意圖

從動(dòng)力學(xué)角度分析，四旋翼飛行器系統(tǒng)本身是不穩(wěn)定的，因此，使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制算法的設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵。由于四旋翼飛行器為六自由度的系統(tǒng)（三個(gè)角位移量，三個(gè)線位移量），而其控制量只有四個(gè)（4

個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速），這就意味著被控量之間存在耦合關(guān)系。因此，控制算法應(yīng)能夠?qū)@種欠驅(qū)動(dòng)（under-actuated）系統(tǒng)足夠有效，用四個(gè)控制量對(duì)三個(gè)角位移量和三個(gè)線位移量進(jìn)行穩(wěn)態(tài)控制。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)四旋翼飛行器的懸浮飛行狀態(tài)進(jìn)行建模。

II．飛行器受力分析及運(yùn)動(dòng)模型

（1）整體分析

如圖1-2所示，四旋翼飛行器所受外力和力矩為：

?

重力mg，機(jī)體受到重力沿-Zw方向

?

四個(gè)旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的升力Fi(i=1,2,3,4)，旋翼升力沿ZB方向

?

旋翼旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩Mi

(i=1,2,3,4)，Mi垂直于葉片的旋翼平面，與旋轉(zhuǎn)矢量相反。

圖1-2

四旋翼飛行器受力分析

（2）電機(jī)模型

?

力模型

（1.1）

旋翼通過(guò)螺旋槳產(chǎn)生升力。是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力系數(shù)，可取，為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

?

力矩模型

旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩Mi(i=1,2,3,4)，力矩Mi的旋向依據(jù)右手定則確定。

（1.2）

是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力系數(shù)，可取為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

?

轉(zhuǎn)速模型

當(dāng)給定期望轉(zhuǎn)速后，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到。實(shí)際轉(zhuǎn)速與期望轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為一階延遲：

（1.3）

響應(yīng)延遲時(shí)間可取0.05s(即)。期望轉(zhuǎn)速則需要限制在電機(jī)的最小轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速之間，范圍可分取[1200rpm，7800rpm]。

（3）運(yùn)動(dòng)方程

飛行器受到外界力和力矩的作用，形成線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。線運(yùn)動(dòng)由合外力引起，符合牛頓第二定律，如公式(1.4)所示：

（1.4）

r為飛機(jī)的位置矢量。注意：公式（1.4）是在地平面坐標(biāo)系中進(jìn)行描述的。

角運(yùn)動(dòng)由合力矩引起。四旋翼飛行器所受力矩來(lái)源于兩個(gè)方面：1）旋翼升力作用于質(zhì)心產(chǎn)生的力矩；2）旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩。角運(yùn)動(dòng)方程如公式（1.5）所示。其中，L

為旋翼中心建立飛行器質(zhì)心的距離，I

為慣量矩陣。

（1.5）

III．控制回路設(shè)計(jì)

控制回路包括內(nèi)外兩層。外回路由Position

Control

模塊實(shí)現(xiàn)。輸入為位置誤差，輸出為期望的滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航角。內(nèi)回路由Attitude

Control

模塊實(shí)現(xiàn)，輸入為期望姿態(tài)角，輸出為期望轉(zhuǎn)速。Motor

Dynamics

模塊模擬電機(jī)特性，輸入為期望轉(zhuǎn)速，輸出為力和力矩。Rigid

Body

Dynamics

是被控對(duì)象，模擬四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)特性。如圖1-3

圖1-3

包含內(nèi)外兩個(gè)控制回路的控制結(jié)構(gòu)

（1）內(nèi)回路：姿態(tài)控制回路

對(duì)四旋翼飛行器，我們唯一可用的控制手段就是四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速。因此，這里首先對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的作用進(jìn)行分析。假設(shè)我們希望旋翼1的轉(zhuǎn)速達(dá)到，那么它的效果可分解成以下幾個(gè)分量：

：使飛行器保持懸停的轉(zhuǎn)速分量；

：除懸停所需之外，產(chǎn)生沿ZB軸的凈力；

：使飛行器負(fù)向偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速分量；

：使飛行器正向偏航的轉(zhuǎn)速分量；

因此，可以將期望轉(zhuǎn)速寫(xiě)成幾個(gè)分量的線性組合：

（1.6）

其它幾個(gè)旋翼也可進(jìn)行類似分析，最終得到：

（1.7）

在懸浮狀態(tài)下，四個(gè)旋翼共同的升力應(yīng)抵消重力，因此：

（1.8）

此時(shí)，可以把旋翼角速度分成幾個(gè)部分分別控制，通過(guò)“比例-微分”控制律建立如下公式：

（1.9）

綜合式（1.7）、（1.8）、（1.9）可得到期望姿態(tài)角-期望轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即內(nèi)回路。

（2）外回路：位置控制回路

外回路采用以下控制方式：

?

通過(guò)位置偏差計(jì)算控制信號(hào)（加速度）；

?

建立控制信號(hào)與姿態(tài)角之間的幾何關(guān)系；

?

得到期望姿態(tài)角，作為內(nèi)回路的輸入。

期望位置記為。可通過(guò)PID

控制器計(jì)算控制信號(hào)：

（1.10）

是目標(biāo)懸停位置是我們的目標(biāo)懸停位置(i=1,2,3)，是期望加速度，即控制信號(hào)。注意：懸停狀態(tài)下線速度和加速度均為0，即。

通過(guò)俯仰角和滾轉(zhuǎn)角控制飛行器在XW和YW平面上的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制偏航角，通過(guò)控制飛行器在ZB軸上的運(yùn)動(dòng)。對(duì)（1.4）進(jìn)行展開(kāi)，可得到：

（1.11）

根據(jù)上式可按照以下原則進(jìn)行線性化：

（1）將俯仰角、滾轉(zhuǎn)角的變化作為小擾動(dòng)分量，有，，（2）偏航角不變，有，其中初始偏航角，為期望偏航角（3）在懸停的穩(wěn)態(tài)附近，有

根據(jù)以上原則線性化后，可得到控制信號(hào)（期望加速度）與期望姿態(tài)角之間的關(guān)系：

（1.12）

根據(jù)式(1.10)已經(jīng)通過(guò)PID

控制器得到了作為控制信號(hào)的期望加速度，因此，將（1.12）式反轉(zhuǎn)，由期望加速度計(jì)算期望姿態(tài)角，作為內(nèi)回路的輸入：

（1.13）

二、實(shí)驗(yàn)步驟

I．搭建Simulink仿真控制回路

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中運(yùn)動(dòng)方程及控制回路設(shè)計(jì)，搭建Simulink控制回路，如圖2-1所示。主要分為五個(gè)部分：Position

Control（由期望的位置誤差通過(guò)控制律設(shè)計(jì)計(jì)算出期望的姿態(tài)角），Attitude

Control（由姿態(tài)角信息和各軸角速度信息通過(guò)控制律計(jì)算出給電機(jī)的控制信號(hào)），Motor

Dynamics（通過(guò)給電機(jī)的控制信號(hào)由電機(jī)模型計(jì)算出每個(gè)電機(jī)的輸出力和力矩），Rigid

Body

Dynamics為四旋翼飛行器的仿真模型，由產(chǎn)生的力和力矩計(jì)算出仿真模型的姿態(tài)和位置信息，VR

Sink為四旋翼飛行器的虛擬顯示模型。

圖2-1

仿真Simulink模型

下面給出每個(gè)子系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖及控制律設(shè)計(jì)部分。

圖2-2

Position

Control子系統(tǒng)

圖2-3

位置PID控制器結(jié)構(gòu)

圖2-4

Attitude

Control子系統(tǒng)

圖2-5

姿態(tài)角和三軸角速度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

圖2-6

Motor

Dynamics子系統(tǒng)輸出力及力矩模型

圖2-7

Rigid

Body

Dynamics子系統(tǒng)

II．利用V-Realm

Builder建立四旋翼飛行器的虛擬模型

利用V-Realm

Builder建立四旋翼飛行器的大致虛擬模型，并建立四個(gè)父類分別為Simulink輸入提供質(zhì)心位移信息和機(jī)體姿態(tài)信息，如圖2-8所示。

圖2-8

四旋翼飛行器虛擬模型

III．利用MATLAB

GUI建立四旋翼飛行器仿真的控制界面

利用MATLAB

GUI建立仿真控制界面，所建立的控制界面如圖2-9所示。

圖2-9

MATLAB

GUI仿真控制界面

界面主要分為四個(gè)部分，Struct

Parameters

Panel設(shè)置飛行器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和外部變量，Desired

Position

Panel設(shè)置期望控制飛行器所到達(dá)的位置，Control

Parameters

Panel設(shè)置PID控制律所需的增益參數(shù)和仿真時(shí)間，Plot

Panel顯示仿真結(jié)果圖形并對(duì)圖形效果進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制。

三、仿真結(jié)果

運(yùn)行GUI，輸入所需參數(shù)或者采用默認(rèn)參數(shù)，點(diǎn)擊load

data按鈕分別將三組參數(shù)載入，點(diǎn)擊Start按鈕，仿真開(kāi)始運(yùn)行。跳出VR顯示，并在仿真結(jié)束后繪制飛行器三方向的坐標(biāo)信息曲線和飛行器位置曲線。VR顯示過(guò)程中某一時(shí)刻如圖3-1所示，仿真結(jié)束后控制界面顯示的曲線如圖3-2所示。期望達(dá)到的目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置為（10,15,20）。

圖3-1

VR顯示四旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

圖3-2

四旋翼飛行器控制平臺(tái)

四、總結(jié)與體會(huì)

由仿真結(jié)果可以看出，四旋翼飛行器最終位置達(dá)到了期望給定的位置，三個(gè)方向的響應(yīng)曲線最終平穩(wěn)，對(duì)應(yīng)飛行器懸停在期望位置，達(dá)到了控制要求。本次試驗(yàn)收獲很多，學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)，熟悉了SIMULINK由簡(jiǎn)至繁搭建系統(tǒng)的過(guò)程，學(xué)習(xí)了利用V-Realm

Builder建立虛擬模型，并在SIMULINK中連接，也熟悉了MATLAB

GUI界面的編寫(xiě)和搭建過(guò)程。

第四篇：新手四旋翼算法總結(jié)

新手四旋翼算法總結(jié) 一．姿態(tài)結(jié)算（匿名版程序）

首先，程序中一般用了兩種求解姿態(tài)的方法，一種為歐拉角法，一種為四元數(shù)法

（1）歐拉角法靜止?fàn)顟B(tài)，或者總加速度只是稍微大于g時(shí)，由加計(jì)算出的值比較準(zhǔn)確。

使用歐拉角表示姿態(tài)，令Φ,θ和Φ代表ZYX 歐拉角，分別稱為偏航角、俯仰角和橫滾角。載體坐標(biāo)系下的 加 速 度(axB,ayB,azB)和參考坐標(biāo)系下的加速度(axN, ayN, azN)之間的關(guān)系可表示為(1)。其中 c 和 s 分別代表 cos 和 sin。axB,ayB,azB就是mpu讀出來(lái)的三個(gè)值。

這個(gè)矩陣就是三個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣相乘得到的，因?yàn)榫仃嚨某朔梢员硎拘D(zhuǎn)。

c?c??axB???ayB????c?s??s?s?c? ?????azB????s?s??c?s?c?c?s?c?c??s?s?s??s?c??c?s?s??s???axN??ayN?(1)s?c?????c?c?????azN???axN??0??????ayN???0?（2）?a????zN??g?飛行器處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)參考系下的加速度等于重力加速度，即

把（2）代入（1）可以解的

??arctg(axBa?a2yB2zB)（3）

??arctg??ayB??（4）?azB?即為初始俯仰角和橫滾角，通過(guò)加速度計(jì)得到載體坐標(biāo)系下的加速度即可將其解出，偏航角可以通過(guò)電子羅盤求出。

（2）四元數(shù)法（通過(guò)處理單位采樣時(shí)間內(nèi)的角增量(mpu的陀螺儀得到的就是角增量)，為了避免噪聲的微分放大，應(yīng)該直接用角增量-------抄的書(shū)）

上匿名的程序

void IMUupdate(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az){

float norm;// float hx, hy, hz, bx, bz;

float vx, vy, vz;// wx, wy, wz;

float ex, ey, ez;

// 先把這些用得到的值算好

float q0q0 = q0*q0;

float q0q1 = q0*q1;

float q0q2 = q0*q2;// float q0q3 = q0*q3;

float q1q1 = q1*q1;// float q1q2 = q1*q2;

float q1q3 = q1*q3;

float q2q2 = q2*q2;

float q2q3 = q2*q3;

float q3q3 = q3*q3;

if(ax*ay*az==0)

return;

norm = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);

//acc數(shù)據(jù)歸一化

ax = ax /norm;

ay = ay / norm;

az = az / norm;

// estimated direction of gravity and flux(v and w)

vx = 2*(q1q3q1q1az*vy);

//向量外積在相減得到差分就是誤差

ey =(az*vxay*vx);

exInt = exInt + ex * Ki;

//對(duì)誤差進(jìn)行積分

eyInt = eyInt + ey * Ki;

ezInt = ezInt + ez * Ki;

// adjusted gyroscope measurements

gx = gx + Kp*ex + exInt;

//將誤差PI后補(bǔ)償?shù)酵勇輧x，即補(bǔ)償零點(diǎn)漂移

gy = gy + Kp*ey + eyInt;

gz = gz + Kp*ez + ezInt;

//這里的gz由于沒(méi)有觀測(cè)者進(jìn)行矯正會(huì)產(chǎn)生漂移，表現(xiàn)出來(lái)的就是積分自增或自減

// integrate quaternion rate and normalise

//四元素的微分方程

q0 = q0 +(-q1*gxq3*gz)*halfT;

q1 = q1 +(q0*gx + q2*gzq1*gz + q3*gx)*halfT;

q3 = q3 +(q0*gz + q1*gy2 * q3* q3 + 1)* 57.3;// yaw

Q_ANGLE.Y = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3;// pitch

Q_ANGLE.X = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1,-2 * q1 * q1q0q2);

/

vy = 2*(q0q1 + q2q3);

vz = q0q0q2q2 + q3q3;可以看到vx，vy，vz為CRb的最后一列的三項(xiàng)，四元數(shù)矩陣帶入（1）式得vx，vy，vz分別是axB，ayB，azB每一項(xiàng)g前的系數(shù)。且靜止情況下vx，vy，vz組成向量模長(zhǎng)基本可以認(rèn)為為1.3.norm = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);

//acc數(shù)據(jù)歸一化

ax = ax /norm;

ay = ay / norm;

az = az / norm;以上已說(shuō)，由四元數(shù)倒推回去的加速度，向量模長(zhǎng)為1，為了比較誤差進(jìn)行歸1化，算的由加計(jì)得出的向量。4.ex =(ay*vzax*vz);

ez =(ax*vyq2*gyq3*gy)*halfT;

q2 = q2 +(q0*gyq2*gx)*halfT;對(duì)四元數(shù)進(jìn)行跟新，這里用的是方程的數(shù)值解法，求得的解釋近似解，總之就是跟新了四元數(shù) 8．

norm = sqrt(q0*q0 + q1*q1 + q2*q2 + q3*q3);

q0 = q0 / norm;

q1 = q1 / norm;

q2 = q2 / norm;

q3 = q3 / norm;對(duì)四元數(shù)進(jìn)行規(guī)范化，即化為模長(zhǎng)為1，因?yàn)橹挥幸?guī)范化的四元數(shù)才能表示剛體旋轉(zhuǎn)。9．

Q_ANGLE.Y = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3;// pitch

Q_ANGLE.X = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1,-2 * q1 * q1ACC_OFFSET.X;MPU6050_ACC_LAST.Y=((((int16_t)mpu6050_buffer[2])<< 8)| mpu6050_buffer[3])ACC_OFFSET.Z;MPU6050_GYRO_LAST.X=((((int16_t)mpu6050_buffer[8])<< 8)| mpu6050_buffer[9])GYRO_OFFSET.Y;MPU6050_GYRO_LAST.Z=((((int16_t)mpu6050_buffer[12])<< 8)| mpu6050_buffer[13])-GYRO_OFFSET.Z;

這里還要說(shuō)一點(diǎn)，這里加速計(jì)的數(shù)據(jù)用的是滑動(dòng)平均值濾波法 void Prepare_Data(void){ static uint8_t filter_cnt=0;int32_t temp1=0,temp2=0,temp3=0;uint8_t i;

MPU6050_Read();MPU6050_Dataanl();

ACC_X_BUF[filter_cnt] = MPU6050_ACC_LAST.X;ACC_Y_BUF[filter_cnt] = MPU6050_ACC_LAST.Y;ACC_Z_BUF[filter_cnt] = MPU6050_ACC_LAST.Z;for(i=0;i

temp1 += ACC_X_BUF[i];

temp2 += ACC_Y_BUF[i];

temp3 += ACC_Z_BUF[i];}

ACC_AVG.X = temp1 / FILTER_NUM;ACC_AVG.Y = temp2 / FILTER_NUM;ACC_AVG.Z = temp3 / FILTER_NUM;filter_cnt++;if(filter_cnt==FILTER_NUM)filter_cnt=0;

GYRO_I.X += MPU6050_GYRO_LAST.X*Gyro_G*0.0001;GYRO_I.Y += MPU6050_GYRO_LAST.Y*Gyro_G*0.0001;GYRO_I.Z += MPU6050_GYRO_LAST.Z*Gyro_G*0.0001;} 資料在附帶文件中。

第五篇：科學(xué)三年級(jí)自轉(zhuǎn)旋翼教學(xué)設(shè)計(jì)

一、談話導(dǎo)入。

師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了怎樣制作自轉(zhuǎn)旋翼，這節(jié)課我們接著來(lái)研究一些有趣的問(wèn)題（板書(shū)課題）。

二、活動(dòng)探究。

1、放飛自轉(zhuǎn)旋翼。

學(xué)生分組讓自己的自轉(zhuǎn)旋翼飛起來(lái)。

2、學(xué)生在觀察后說(shuō)一說(shuō)：剛才我們放飛的自轉(zhuǎn)旋翼在下降時(shí)有什么不同？

學(xué)生交流。

3、請(qǐng)兩名同學(xué)將自己的自轉(zhuǎn)旋翼給大家演示一下？

學(xué)生觀察后回答：哪個(gè)在空中停留的時(shí)間更長(zhǎng)呢？（學(xué)生說(shuō)）為什么這個(gè)旋翼會(huì)下降得慢一些呢？我們一起來(lái)觀察一下。

4、（把兩個(gè)旋翼擺放到展臺(tái)上）學(xué)生認(rèn)真觀察兩個(gè)自轉(zhuǎn)旋翼，試著找出它們的不同。

學(xué)生說(shuō)一說(shuō)他們的不同。

5、討論：你們認(rèn)為影響自轉(zhuǎn)旋翼下降快慢的因素有哪些呢？

師：這些是我們做出的猜想。我們?cè)鯓硬拍苤肋@些猜想對(duì)不對(duì)呢？（驗(yàn)證）

6、小組討論怎樣進(jìn)行驗(yàn)證。

代表匯報(bào)。

7、小組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。（學(xué)生分組驗(yàn)證，老師巡視指導(dǎo)）

8、驗(yàn)證結(jié)束以后，請(qǐng)每個(gè)小組先在小組內(nèi)部交流，然后派出兩個(gè)代表帶著制作的旋翼和研究的結(jié)果上臺(tái)演示交流。（學(xué)生交流的同時(shí)補(bǔ)充板書(shū)）

三、總結(jié)評(píng)價(jià)。

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各組的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。