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标题: 为什么以涵道为动力的四旋翼飞行器是不可行的 [打印本页]

作者: 20082330 时间: 2014-7-4 22:06
标题: 为什么以涵道为动力的四旋翼飞行器是不可行的
本帖最后由 20082330 于 2014-7-14 11:06 编辑

我只是想说明涵道动力四轴直接移植螺旋桨的飞控自动飞行不可行，只看标题的请绕道
曾经想用涵道做四轴，这样做不但安全，体积小，而且看起来酷酷的，不就是多耗点电嘛，，，最近看了些书，个人感觉这样弄理论上是不可行的，至少直接用旋翼四轴的飞控算法装在涵道上是不行的，再退一步说，手控大神可能能飞起来，但是想实现自动飞也是不行的，曾经diydrones上的大神曾经用APM做出来过(http://diydrones.com/photo/nacol-ducted-fan-quad?context=featured)，用四个涵道倾斜7度安装来产生类似旋翼的反扭矩实现yaw控制，那个哥们自己也觉得飞不稳。下面我来说说我的推导过程。

首先要从四旋翼飞行器的姿态检测的原理说起：
四旋翼飞行器的姿态检测包含陀螺仪、加速度计、地磁计三个传感器。陀螺仪和地磁计不说了，问题主要出在加速度计上。

通常大家对加速度计检测姿态都有这样的认识：（红字是错误结论，蓝字是数学推导，不愿意看可以忽略）
加速度计检测重力在地磁传感器三个轴上的投影，通过投影可以得到重力的方向，也就得到无人机姿态了。（注意这样做是错误的、尽管最终确实能得到一个差不多的结果）
下面说说这么做为什么不对：
(, 下载次数: 449)

这两个公式直观的感受起来就像是宇宙飞船中的失重，其实宇宙飞船中的加速度计是受重力的，也有重力加速度，而且基本上受的重力与地面差不多，但加速度计的读书为0（电梯里的失重也是一样），这时如果宇宙飞船打开了一个发动机，那么宇宙飞船中加速度传感器检测到加速度方向就是与发动机推力相同的。
下面我来说说普通的四旋翼的加速度计时如何检测姿态的：
这里要引入桨叶挥舞（原文叫 blade flapping 不知道汉语是不是翻译对了）的概念，桨叶挥舞作用可以让四轴飞行器桨叶的推力方向不再与电机轴重合，而是更倾向于竖直向上了。
（飞Ardrone这类轻小型四轴的同学可能对这个效应有很深的感受。明明推杆很多，飞机倾斜很大了，可是水平方向的加速度就是上不去）（诱导阻力有相同的作用）

(, 下载次数: 448)

由于桨叶挥舞的作用，上面公式中的v-gz=(T/m)z那一段就不再成立了，所以就能检测到无人机姿态了。

而桨叶挥舞和螺旋桨的诱导阻力不适用于涵道的，因此“四涵道飞行器”的姿态检测就会失效，或者说数据特别迟缓（因为有空气阻力的存在，但是与桨叶挥舞和诱导阻力比起来真实太小了），飞行稳定性肯定大打折扣。//----修改---------------------------------------------------------
补充上参数含义的解释：
//参数含义解释-----第一个公式-----------------------------------------
aIMU表示加速度计检测得到的加速度，机体坐标系矢量
RT是大地坐标系到机体坐标系的坐标转换，得到了这个矩阵就得到了飞行器姿态，3*3矩阵
V（点）表示速度的到时，也就是加速度，大地坐标系矢量
b表示漂移，yita表示白噪声，各位看官请忽略

//参数含义解释-----第二个公式-----------------------------------------
Tkesi表示总推力，由于是翻译文献，有些习惯与平时用的不太一样，其中mg都是标量然后乘上矢量z，成为重力的向量
这里v导（加速度）=Tkesi/m+gz
因此有第二个公式里第二个等号处的推导

//参数含义解释-----第三个公式-----------------------------------------
第三个公式过程比较复杂，总的来说就是讲水平方向上的阻力与总推力和水品方向速度乘正比，剩下的一大堆都是固定参数和用来调整数据格式的东西，各位看官可以忽略

另外不知道如何插入附件啊，有个文章想推荐给大家：（我一贴上这个文章的题目就说我有危险的攻击请求，个位想看的朋友自己编辑一下再去搜索吧）

题目：Multirotor空格Aerial空格Vehicles:空格Modeling,空格Estimation,空格and空格Control空格of空格Quadrotor

作者：Robert Mahony逗号Vijay Kumar逗号 PeterCorke

作者: yziml21210 时间: 2014-7-4 22:33
不明觉厉。。。
能不能解释下参数的含义。。。。

作者: 氵麦芽糖 时间: 2014-7-4 22:39
不明觉厉

来自苹果客户端

作者: zl2025 时间: 2014-7-4 22:42
南航的飞车不就是四涵道的吗？涵道也有正反浆

来自安卓客户端

作者: wesker小威 时间: 2014-7-4 22:55
嗯有点意思因此实际要做涵道机必须要有真正的陀螺仪，而不是单纯的加速度计。另外如果是矢量喷口的话涵道比旋翼还要好操控。

作者: snowynight 时间: 2014-7-4 23:03
本帖最后由 snowynight 于 2014-7-4 23:05 编辑

桨叶挥舞，惯性？

作者: xu7118 时间: 2014-7-4 23:27
只要有正反桨，应该没什么大问题
就是涵道效率低，没什么意思

作者: tansongb 时间: 2014-7-4 23:57
涵道四旋翼我做过，超级费电的，2分钟悬停，没电了.................

作者: considerwei 时间: 2014-7-5 02:18
学渣看不懂

作者: lxvii 时间: 2014-7-5 02:26
kv太高了

来自安卓客户端

作者: liangzhupic 时间: 2014-7-5 07:25

楼主理论不过关啊，姿态不是主要问题，再说如果在稳飞情况下，姿态是没有问题的，姿态主要靠gyro，acc和mag都是次要的，
至于不能稳飞，应该是控制方面问题，可以从控制器方面下手

作者: weiyujie 时间: 2014-7-5 08:02
电老虎啊！

来自安卓客户端

作者: eagerjo 时间: 2014-7-5 08:33
如果在普通四轴上加装两个涵道，效果会比六轴好么？

来自安卓客户端

作者: 20082330 时间: 2014-7-5 10:33

yziml21210 发表于 2014-7-4 22:33
不明觉厉。。。
能不能解释下参数的含义。。。。

//参数含义解释-----第一个公式-----------------------------------------
aIMU表示加速度计检测得到的加速度，机体坐标系矢量
RT是大地坐标系到机体坐标系的坐标转换，得到了这个矩阵就得到了飞行器姿态，3*3矩阵
V（点）表示速度的到时，也就是加速度，大地坐标系矢量
b表示漂移，yita表示白噪声，各位看官请忽略

//参数含义解释-----第二个公式-----------------------------------------
Tkesi表示总推力，由于是翻译文献，有些习惯与平时用的不太一样，其中mg都是标量然后乘上矢量z，成为重力的向量
这里v导（加速度）=Tkesi/m+gz
因此有第二个公式里第二个等号处的推导

作者: 20082330 时间: 2014-7-5 10:38
本帖最后由 20082330 于 2014-7-5 12:28 编辑

zl2025 发表于 2014-7-4 22:42
南航的飞车不就是四涵道的吗？涵道也有正反浆

来自安卓客户端

感谢，
我没见过那个飞车，如果有链接的话发上来呗？
我觉得一来这个涵道可能跟Ardrone的涵道似的，由于半径比较大，比较短，也存在桨叶挥舞效应，要么就是他们在姿态检测上下了功夫，更新了软件。
当然我对自己的理论也不是100%确认，不过关于加速度那个地方的推导还是挺严谨的。

作者: 20082330 时间: 2014-7-5 10:40

liangzhupic 发表于 2014-7-5 07:25
楼主理论不过关啊，姿态不是主要问题，再说如果在稳飞情况下，姿态是没有问题的，姿态主要靠gyro，acc ...

嗯。。。。陀螺仪有漂移这个就不说了，acc的问题你就是我这个帖子主要要讲的
当然我对自己的理论也不是100%确信，但关于acc检测姿态的部分是有依据而且严谨的。

作者: 20082330 时间: 2014-7-5 10:41

eagerjo 发表于 2014-7-5 08:33
如果在普通四轴上加装两个涵道，效果会比六轴好么？

来自安卓客户端

奇思妙想！

作者: zl2025 时间: 2014-7-5 21:10

http://www.letv.com/ptv/vplay/5325.html

作者: zl2025 时间: 2014-7-5 21:21
http://v.qq.com/cover/s/srhc0noaiwgkdro.html?vid=89GRV2afrky

作者: zl2025 时间: 2014-7-5 21:26

[flash]http://player.ku6.com/refer/uZOv4EpEco2nvdu7TJzAQQ..==.html[/media]

作者: 啊华是也 时间: 2014-7-5 22:30
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: zl2025 时间: 2014-7-6 07:50

20082330 发表于 2014-7-5 10:38
感谢，
我没见过那个飞车，如果有链接的话发上来呗？
我觉得一来这个涵道可能跟Ardrone的涵道似的，由 ...

看到那几个链接了吗？

来自安卓客户端

作者: 我的朋友很少 时间: 2014-7-6 10:34
娌℃湁鍟ヤ笉鍙鐨勩

作者: 20082330 时间: 2014-7-8 16:23

zl2025 发表于 2014-7-5 21:26

惭愧

作者: 蜡包 时间: 2014-7-8 17:19
关于三轴加速度计和桨叶挥舞这段，完全不知所云。螺旋桨不是直升机的桨，没有什么挥舞。直升机的挥舞也只是在真机上表现，对模型几乎忽略。

作者: 小杨VP 时间: 2014-7-8 21:59
这个抗风性差。完全不能稳定飞行。。

作者: huangzhesw 时间: 2014-7-9 02:28
当然是可以做的.不要说一两种涵道做不出来就都不行,很多涵道后面都有几个整流的叶片,这样反扭小很多.买那种反扭大的涵道就是了,或者把整流的叶片改造一下,麻烦是麻烦,可行还是可行的.

作者: zhengyiuestc 时间: 2014-7-9 02:56
建议楼主好好去读读基本的姿态计算论文。

作者: zhengyiuestc 时间: 2014-7-9 02:59
另外我见过涵道6旋翼视频，可以飞行，只是看去来不那么稳。看论文，真正看明白最重要。

作者: 929231yz 时间: 2014-7-9 12:14
你能飞几分钟啊，分分钟没电

作者: myhwdf 时间: 2014-7-9 14:38
好想法

来自安卓客户端

作者: 煤气站3 时间: 2014-7-12 13:00
南航的飞车不就是四涵道的吗？

作者: 20082330 时间: 2014-7-14 10:56
本帖最后由 20082330 于 2014-7-14 11:10 编辑

蜡包发表于 2014-7-8 17:19
关于三轴加速度计和桨叶挥舞这段，完全不知所云。螺旋桨不是直升机的桨，没有什么挥舞。直升机的挥舞也只是 ...

这两个不一样吧，也可能是我翻译有问题，贴上原文：
(, 下载次数: 11)

作者: 20082330 时间: 2014-7-14 11:02
本帖最后由 20082330 于 2014-7-14 17:13 编辑

zhengyiuestc 发表于 2014-7-9 02:56
建议楼主好好去读读基本的姿态计算论文。

关于姿态解算，还是帖一段论文：
(, 下载次数: 8) 我觉得我读的挺明白了啊大神有什么指教？

作者: 20082330 时间: 2014-7-14 11:04

huangzhesw 发表于 2014-7-9 02:28
当然是可以做的.不要说一两种涵道做不出来就都不行,很多涵道后面都有几个整流的叶片,这样反扭小很多.买那种 ...

谢谢，

作者: sxh 时间: 2014-7-14 11:32
难道不是姿态靠陀螺仪，加速度计只是补偿陀螺仪漂移？即使没有加速度计照样能飞得很稳吧？

来自安卓客户端

作者: 新25 时间: 2014-7-14 13:45

作者: 20082330 时间: 2014-7-14 17:11

sxh 发表于 2014-7-14 11:32
难道不是姿态靠陀螺仪，加速度计只是补偿陀螺仪漂移？即使没有加速度计照样能飞得很稳吧？

来自安卓客户 ...

谢谢谢谢
我要说的就是这个：
陀螺仪可以保证短时间的姿态稳定，但是加速度计总是用错误的数据进行补偿，估计自动飞行一会就会出问题

作者: zhengyiuestc 时间: 2014-8-8 14:01

20082330 发表于 2014-7-14 11:02
关于姿态解算，还是帖一段论文：
我觉得我读的挺明白了啊大神有什么指教？

来看看你的文章到底读懂了没 http://bbs.5imx.com/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=965794

作者: 焦外 时间: 2014-8-29 18:54
涵道还挥舞铰？LZ在想啥呢。。。。。理论推导完全是错的。。。

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