四軸飛行器原理介紹：

四軸飛行器通過調節(jié)四個電機轉速來改變旋翼轉速，實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。結構上，本次應用中使用四軸飛行器的飛行模式是X 模式，如圖所示，四軸飛行器的四個電機一對正轉，一對反轉使得垂直方向旋轉的反扭矩平衡, 從而保證了飛行的穩(wěn)定。四軸飛行器可以用作航拍、玩具等，在我們生活中已經越來越常見。

四軸飛行器整機正面和背面：

四軸飛行器硬件結構框圖：

四軸飛行器飛行模式（X 模式）

四軸飛行器的基本飛行狀態(tài)可以分為：垂直飛行、水平飛行（俯仰和翻滾）、偏航飛行，詳見說明見附件內容。

• PID 平衡控制

對于四軸飛行器平衡控制算法中，電機的轉速并不是單獨由油門來決定，而是以油門為基準整合上空間三軸俯仰（Pitch）、翻滾（Roll）和偏航（Yaw）的控制量來決定，如下公式所示。例如，四軸飛行器機頭向下傾斜時（對應俯仰），為了達到平衡，電機3 和電機4 增大轉速，電機1 和電機2 減小轉速，此時俯仰控制量應該向負增大（控制量的正負由姿態(tài)芯片MPU6050 擺放決定）。

• 上述的三軸控制量則由本系統(tǒng)中使用的增量式PD 控制得到（PID 控制算法的一種）。以俯仰控制量為例，MPU6050 可以得到空間三軸的旋轉角速率，正好是角度的微分，所以可以得到以下計算公式。

由于實際偏航角（Yaw）無法由MPU6050 測得，需要用電子羅盤，但是電子羅盤在四個電機的電磁作用下，精度受影響較大，所以上式中偏航（Yaw）控制量去除比例項，僅由微分項得到。MPU6050 的姿態(tài)刷新頻率約為10ms 一次。

四軸飛行器硬件+軟件設計分析截圖：