關于四軸飛行器

---陀螺儀

關于四軸飛行器

---陀螺儀1一、引言陀螺：繞自身對稱軸高速旋轉的剛體陀螺儀：陀螺+支撐及輔組裝置，實現某種測量功能一、引言陀螺：繞自身對稱軸高速旋轉的剛體2引言陀螺儀作為一種慣性測量器件，是慣性導航、慣性制導和慣性測量系統的核心部件，廣泛應用于軍事和民用領域。傳統的陀螺儀體積大、功耗高、易受干擾，穩定性較差。引言陀螺儀作為一種慣性測量器件，是慣性導航、慣性制導和慣性3二、陀螺儀的原理和構造ADXRS系列陀螺儀利用科里奧利(Coriolis)加速度來測量角速度。由徑向速度引起的切向速度的速率增加，這就是科里奧利加速度。二、陀螺儀的原理和構造ADXRS系列陀螺儀利用科里奧利(Co4陀螺儀通過使用一種類似于人在一個旋轉平臺移出或移入的諧振質量元件，利用科里奧利效應來測量角速度。圖2示出了ADXRS系列陀螺儀完整的微機械結構，陀螺儀通過附著在諧振體上的電容檢測元件測量諧振質量元件及其框架由于科里奧利效應產生的位移。陀螺儀通過使用一種類似于人在一個旋轉平臺移出或移入的諧振質量5三.ADXRS系列陀螺儀ADXRS系列陀螺儀是由美國模擬器件公司制造，采用集成微電子機械系統(iMEMS)專利工藝和BIMOS工藝的角速度傳感器，內部同時集成有角速率傳感器和信號處理電路。iMEMS陀螺儀目前有ADXRS和ADIS兩個系列產品。本次四軸項目采用的是ADXRS610。與任何同類功能的陀螺儀相比，ADXRS系列陀螺儀具有尺寸小、功耗低、抗沖擊和振動性好的優點。三.ADXRS系列陀螺儀ADXRS系列陀螺儀是由美國模擬器6ADXRS610的工作原理ADXRS610的工作原理7ADXRS610的工作原理ADXRS610的工作原理8ADXRS610采用BGA－32型金屬殼表貼式封裝，其引腳排列的底視圖如圖figure3。需要說明幾點：第一，圖中的“＋”字交叉點代表轉動軸（Z軸），箭頭方向表示轉動方向，因為所畫的是底視圖，所以從正面看應為順時針方向旋轉（下同）；第二，32個引腳按照7行（1～7）、7列（A～G）的矩陣形式對稱分布，每個引腳的坐標位置用所在行、列的序號來表示，并且每兩個引腳劃分成一組，互相連接后作為一個引出端，以CP4引出端為例，它所對應的兩個引腳坐標分別是第6行第A列和第7行第B列，記做6A，7B，余者類推。采用這種結構能使引腳與外圍電路的接觸更加可靠；第三，金屬外殼在內部與GND端連通。ADXRS610采用BGA－32型金屬殼表貼式封裝，其引腳排9各引腳的功能如下VCC為正模擬電源端；AGND為模擬地；PGND為泵電源的地；VDD為泵電源的輸入端，接VCC；在CP5與AGND端之間接泵電源的高壓濾波電容；在CP3－CP4、CP1－CP2之間分別接0.022μF的泵電容；RATEOUT為角速度的電壓信號輸出端（零點電壓為2.50V）；SUMJ為輸出放大器的求和點（即輸出電壓的調零端）；2.5V端為＋2.5V精密基準電壓輸出端；TEMP為溫度信號電壓放大器的輸出端；ST1和ST2分別為角速度傳感器1、2的自檢端。各引腳的功能如下VCC為正模擬電源端；AGND為模擬地；PG10ADXRS610的性能特點

1、ADXR610是基于“音叉陀螺儀”（tuningforkgyro）的原理，采用表面微機械加工工藝和Bi－CMOS半導體工藝而制成的功能完善、價格低廉的角速度傳感器。其內部包含兩個角速度傳感器、共鳴環、信號調理器等元件及電路，真正實現了角速度陀螺儀的單片集成化。其輸出電壓與偏航角速度成正比，電壓的極性則代表轉動方向（順時針轉動或逆時針轉動）。ADXRS610的性能特點1、ADXR610是基于“音叉陀112、測量偏航角速度（以下簡稱為角速度）的范圍是±300rad/s，靈敏度為5mV/rad/s，零位輸出電壓為2.50V，非線性誤差為±0.1%F.S.，穩定度為±0.03rad/s，－3dB帶寬為40Hz，固有頻率為14kHz，角速度噪聲密度為0.2rad/s/

。通過外部電阻和電容還可分別設定測量角速度的范圍、帶寬及零位輸出電壓。2、測量偏航角速度（以下簡稱為角速度）的范圍是±300rad123、內部包含電壓輸出式溫度傳感器、＋2.5V基準電壓源和電荷泵式DC／DC電源變換器，并具有自檢功能。芯片內部的溫度傳感器不僅能測量環境溫度，還可用來對角速度傳感器的輸出電壓進行溫度補償，以便構成精密角速度檢測系統。3、內部包含電壓輸出式溫度傳感器、＋2.5V基準電壓源和電荷134、抗振動、抗沖擊能力強、超小型、超輕薄化。其外形尺寸僅為7mm×7mm×3mm，質量小于1g，很容易固定在轉動物體上。5、采用＋5V電源供電，電源電壓允許范圍＋4.75V～＋5.25V，電源電流的典型值為5mA，工作溫度范圍－40℃～＋85℃。4、抗振動、抗沖擊能力強、超小型、超輕薄化。其外形尺寸僅為714角速度的電壓輸出值當陀螺儀靜止，即旋轉腳為0度時RATEOUT引腳電壓輸出值：Vo=2.5v。當飛行器發生偏轉時，RATEOUT引腳電壓輸出值Vout角速度：w=(Vout-Vo)/5mV/°/s。角速度的電壓輸出值當陀螺儀靜止，即旋轉腳為0度時RATEOU15控制算法德國人的控制算法的核心是對角速度做PI計算，P的作用是使四軸能夠產生對于外界干擾的抵抗力矩，I的作用是讓四軸產生一個與角度成正比的抵抗力。如果只有P的作用，將四軸拿在手上就會發現，四軸能夠抵抗外界的干擾力矩的作用，而且這個抵抗力非常快速，只要手妄圖改變四軸的轉速，四軸就會產生一個抵抗力矩，但是，如果用手將四軸扳過一個角度，則四軸無法自己回到水平的角度位置，這就需要I的調節作用。

控制算法德國人的控制算法的核心是對角速度做PI計算，P的作用16控制算法對角速度做I（積分）預算實際得到的就是角度，德國人四軸里面用的也是角度值，如果四軸有一個傾斜角度，那么四軸就會自己進行調整，直到四軸的傾角為零，它所產生的抵抗力是與角度成正比的，但是，如果只有I的作用，會使四軸迅速產生振蕩，因此，必須將P和I結合起來一起使用，這時候基本上就會得到德國四軸的效果了。控制算法對角速度做I（積分）預算實際得到的就是角度，德國人四17THANKYOU!THANKYOU!18關于四軸飛行器

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關于四軸飛行器

---陀螺儀19一、引言陀螺：繞自身對稱軸高速旋轉的剛體陀螺儀：陀螺+支撐及輔組裝置，實現某種測量功能一、引言陀螺：繞自身對稱軸高速旋轉的剛體20引言陀螺儀作為一種慣性測量器件，是慣性導航、慣性制導和慣性測量系統的核心部件，廣泛應用于軍事和民用領域。傳統的陀螺儀體積大、功耗高、易受干擾，穩定性較差。引言陀螺儀作為一種慣性測量器件，是慣性導航、慣性制導和慣性21二、陀螺儀的原理和構造ADXRS系列陀螺儀利用科里奧利(Coriolis)加速度來測量角速度。由徑向速度引起的切向速度的速率增加，這就是科里奧利加速度。二、陀螺儀的原理和構造ADXRS系列陀螺儀利用科里奧利(Co22陀螺儀通過使用一種類似于人在一個旋轉平臺移出或移入的諧振質量元件，利用科里奧利效應來測量角速度。圖2示出了ADXRS系列陀螺儀完整的微機械結構，陀螺儀通過附著在諧振體上的電容檢測元件測量諧振質量元件及其框架由于科里奧利效應產生的位移。陀螺儀通過使用一種類似于人在一個旋轉平臺移出或移入的諧振質量23三.ADXRS系列陀螺儀ADXRS系列陀螺儀是由美國模擬器件公司制造，采用集成微電子機械系統(iMEMS)專利工藝和BIMOS工藝的角速度傳感器，內部同時集成有角速率傳感器和信號處理電路。iMEMS陀螺儀目前有ADXRS和ADIS兩個系列產品。本次四軸項目采用的是ADXRS610。與任何同類功能的陀螺儀相比，ADXRS系列陀螺儀具有尺寸小、功耗低、抗沖擊和振動性好的優點。三.ADXRS系列陀螺儀ADXRS系列陀螺儀是由美國模擬器24ADXRS610的工作原理ADXRS610的工作原理25ADXRS610的工作原理ADXRS610的工作原理26ADXRS610采用BGA－32型金屬殼表貼式封裝，其引腳排列的底視圖如圖figure3。需要說明幾點：第一，圖中的“＋”字交叉點代表轉動軸（Z軸），箭頭方向表示轉動方向，因為所畫的是底視圖，所以從正面看應為順時針方向旋轉（下同）；第二，32個引腳按照7行（1～7）、7列（A～G）的矩陣形式對稱分布，每個引腳的坐標位置用所在行、列的序號來表示，并且每兩個引腳劃分成一組，互相連接后作為一個引出端，以CP4引出端為例，它所對應的兩個引腳坐標分別是第6行第A列和第7行第B列，記做6A，7B，余者類推。采用這種結構能使引腳與外圍電路的接觸更加可靠；第三，金屬外殼在內部與GND端連通。ADXRS610采用BGA－32型金屬殼表貼式封裝，其引腳排27各引腳的功能如下VCC為正模擬電源端；AGND為模擬地；PGND為泵電源的地；VDD為泵電源的輸入端，接VCC；在CP5與AGND端之間接泵電源的高壓濾波電容；在CP3－CP4、CP1－CP2之間分別接0.022μF的泵電容；RATEOUT為角速度的電壓信號輸出端（零點電壓為2.50V）；SUMJ為輸出放大器的求和點（即輸出電壓的調零端）；2.5V端為＋2.5V精密基準電壓輸出端；TEMP為溫度信號電壓放大器的輸出端；ST1和ST2分別為角速度傳感器1、2的自檢端。各引腳的功能如下VCC為正模擬電源端；AGND為模擬地；PG28ADXRS610的性能特點

1、ADXR610是基于“音叉陀螺儀”（tuningforkgyro）的原理，采用表面微機械加工工藝和Bi－CMOS半導體工藝而制成的功能完善、價格低廉的角速度傳感器。其內部包含兩個角速度傳感器、共鳴環、信號調理器等元件及電路，真正實現了角速度陀螺儀的單片集成化。其輸出電壓與偏航角速度成正比，電壓的極性則代表轉動方向（順時針轉動或逆時針轉動）。ADXRS610的性能特點1、ADXR610是基于“音叉陀292、測量偏航角速度（以下簡稱為角速度）的范圍是±300rad/s，靈敏度為5mV/rad/s，零位輸出電壓為2.50V，非線性誤差為±0.1%F.S.，穩定度為±0.03rad/s，－3dB帶寬為40Hz，固有頻率為14kHz，角速度噪聲密度為0.2rad/s/

。通過外部電阻和電容還可分別設定測量角速度的范圍、帶寬及零位輸出電壓。2、測量偏航角速度（以下簡稱為角速度）的范圍是±300rad303、內部包含電壓輸出式溫度傳感器、＋2.5V基準電壓源和電荷泵式DC／DC電源變換器，并具有自檢功能。芯片內部的溫度傳感器不僅能測量環境溫度，還可用來對角速度傳感器的輸出電壓進行溫度補償，以便構成精密角速度檢測系統。3、內部包含電壓輸出式溫度傳感器、＋2.5V基準電壓源和電荷314、抗振動、抗沖擊能力強、超小型、超輕薄化。其外形尺寸僅為7mm×7mm×3mm，質量小于1g，很容易固定在轉動物體上。5、采用＋5V電源供電，電源電壓允許范圍＋4.75V～＋5.25V，電源電流的典型值為5mA，工作溫度范圍－40℃～＋85℃。4、抗振動、抗沖擊能力強、超小型、超輕薄化。其外形尺寸僅為732角速度的電壓輸出值當陀螺儀靜止，即旋轉腳為0度時RATEOUT引腳電壓輸出值：Vo=2.5v。當飛行器發生偏轉時，RATEOUT引腳電壓輸出值Vout角速度：w=(Vout-Vo)/5mV/°/s。角速度的電壓輸出值當陀螺儀靜止，即旋轉腳為0度時RATEOU33控制算法德國人的控制算法的核心是對角速度做PI計算，P的作用是使四軸能夠產生對于外界干擾的抵抗力矩，I的作用是讓四軸產生一個與角度成正比的抵抗力。如果只有P的作用，將四軸拿在手上就會發現，四軸能夠抵抗外界的干擾力矩的作用，而且這個抵抗力非常快速，只要手妄圖改變四軸的轉速，四軸就會產生一個抵抗力矩，但是，如果用手將四軸扳過一個角度，則四軸