本发明属于智能控制，具体涉及一种四轴飞行器与双轮平衡车兼容驱动系统和控制方法。
背景技术：
1、随着科学技术的发展和生活水平的提高，四轴飞行器和双轮平衡车作为独立的交通工具已经得到广泛应用。然而，现有的驱动系统往往只适用于单一的交通工具，无法同时兼容驱动四轴飞行器和双轮平衡车的控制需求。因此，有需要提供一种实现四轴飞行器和双轮平衡车兼容驱动的方法及电路系统，以解决现有技术的不足。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种四轴飞行器与双轮平衡车兼容驱动系统和控制方法，能够根据使用需求任意切换至四轴飞控模式或者平衡车模式，操作方便，结构简单紧凑。
2、本发明所采用的技术方案为：
3、一种四轴飞行器与双轮平衡车兼容驱动系统，包括有电源模块、电机驱动控制子系统和姿态检测模块；
4、所述电源模块用于为四轴飞行器和/或双轮平衡车提供电压供电；
5、所述姿态检测模块用于实时检测四轴飞行器和/或双轮平衡车的姿态；
6、所述电机驱动控制子系统兼容驱动四轴飞行器的空心杯电机和/或双轮平衡车的直流减速电机；所述电机驱动控制子系统用于接收控制指令和姿态检测模块的姿态信息数据，经过逻辑运算后，输出控制信号至四轴飞行器电机和双轮平衡车电机，调节四轴飞行器电机和/或双轮平衡车电机的运行参数。
7、进一步地，所述电源模块包括有dc-dc电源芯片u1和ldo稳压芯片u2，所述ldo稳压芯片u2的电压输入脚连接至dc-dc电源芯片u1的电压输出脚；所述电源模块用于将外部锂电池的3.7v电压升压至6v电压，从而为四轴飞行器电机提供3.7v电压，为双轮平衡车电机提供6v电压；所述ldo稳压芯片u2用于将6v电压降压至3.3v，从而为电机驱动控制子系统和姿态检测模块提供3.3v电压。
8、进一步地，所述dc-dc电源芯片u1的电源输入脚通过电源电路连接至外部锂电池，电源电路上设置有充电电路，充电电路包括有充电管理芯片u3，充电管理芯片u3通过常用type-c接口连接至电网、电脑和/或上位机；
9、所述常用type-c接口通过type-c通信电平转换电路连接至充电电路；所述type-c通信电平转换电路包括有usb-ttl电平转换芯片u4，usb-ttl电平转换芯片u4通过usb引脚经type-c母座j2转接连接至充电管理芯片u3。
10、进一步地，所述电机驱动控制子系统包括有主控单元、无线通信单元和电机驱动单元，所述电源模块、姿态检测模块、无线通信单元和电机驱动单元均通过控制信号输出线路连接至主控单元，电机驱动单元通过飞行器接口连接至四轴飞行器电机，电机驱动单元通过平衡车接口连接至双轮平衡车电机。
11、进一步地，所述主控单元包括有微控制器u5，微控制器u5通过四个gpio接口连接至四轴飞行器的四个四轴飞行器电机，通过四个gpio接口连接至双轮平衡车的两个双轮平衡车电机，通过spi通信接口连接至无线通信单元，通过i2c接口连接至姿态检测模块，通过adc接口连接至电源模块。
12、进一步地，所述姿态检测模块包括有传感器芯片u9，传感器芯片u9包括有三轴加速度计和三轴陀螺仪，
13、所述三轴加速度计用于测量四轴飞行器和双轮平衡车的三轴加速度，所述三轴陀螺仪用于测量四轴飞行器和双轮平衡车的三轴角速度，并计算四轴飞行器和双轮平衡车的姿态。
14、进一步地，所述无线通信单元包括有无线通信芯片u8，所述电机驱动控制子系统通过无线通信芯片u8接收控制指令信息进行信息数据解调，并对主控单元输出的控制信号数据进行调制与发射；
15、所述无线通信单元用于供四轴飞行器和双轮平衡车接收控制指令，响应控制指令的飞行、转向和/或行驶动作，四轴飞行器和双轮平衡车通过无线通信单元将姿态和状态信息数据回传至控制台,所述控制台用于根据回传信息数据进行实时监测和姿态分析；
16、所述无线通信芯片u8的天线接口设置贴片陶瓷天线匹配网络。
17、进一步地，所述电机驱动单元包括有飞行器电机驱动电路和平衡车电机驱动电路；所述飞行器电机驱动电路包括有四个nmos管，每个nmos管分别连接至一个四轴飞行器电机，每个nmos管的栅极分别连接至主控制单元的gpio接口，主控制单元通过gpio接口输出pwm控制信号驱动nmos管的栅极，通过pwm占空比控制电机电流，从而控制每个四轴飞行器电机的转速；
18、每个平衡车电机分别设置一颗电机驱动芯片，电机驱动芯片能够控制平衡车电机的正转、反转、停止和刹车。
19、本发明还涉及一种四轴飞行器与双轮平衡车兼容驱动控制方法，其特征在于：使用上述的四轴飞行器与双轮平衡车兼容驱动系统，包括有以下步骤：
20、s01，用户通过遥控器向设备发送设备类型指令，指令设备工作于四轴飞控模式还是平衡车模式；
21、s02，设备接收到遥控指令后，判断用户意图是飞行还是行驶；
22、s03，若用户意图为飞行，则设备的电机驱动控制子系统工作在飞行器模式，驱动四轴飞行器起飞、悬停、转向操作；
23、s04，若用户意图为行驶，则设备的电机驱动控制子系统工作在平衡车模式，驱动双轮平衡车前进、后退、转弯操作；
24、s05，电机驱动控制子系统通过传感器获取四轴飞行器和双轮平衡车的当前状态信息数据，包括姿态、速度、位置；
25、s06，根据当前状态信息和用户输入指令，电机驱动控制子系统计算确定电机驱动信号和平衡控制策略；
26、s07，电机驱动控制子系统通过驱动电路将计算得到的控制信号发送给相应的电机模块，实现四轴飞行器和双轮平衡车的驱动和控制。
27、再进一步地，所述步骤s03中，电机驱动控制子系统定时执行飞行器姿态检测任务，定时执行飞行器平衡或运动控制算法，定时执行飞行器电机驱动任务。
28、再进一步地，所述步骤s04中，电机驱动控制子系统定时执行平衡车姿态检测任务，定时执行平衡车平衡或运动控制算法，定时执行平衡车电机驱动任务。
29、再进一步地，所述步骤s05中，电机驱动控制子系统通过i2c接口读取传感器芯片的三轴加速度计和三轴陀螺仪的原始数据，三轴加速度计的原始数据经过数字低通滤波器算法进行滤波处理，数字低通滤波器算法的截止频率为10hz；
30、三轴陀螺仪的原始数据经过滑动平均波滤器算法进行滤波处理，滑动平均波滤器算法的窗口数据的个数为2；
31、滤波后的加速度计与陀螺仪数据经过互补滤波进行融合，互补滤波的比例环节增益kp值为1.6，积分环节的ki值为0.001；
32、最后采用一阶毕卡算法对四元数进行解算，得到能直观反馈平衡车或飞行器姿态的欧拉角；
33、飞行器的状态信息数据取欧拉角中的俯仰角、横滚角和偏航角；
34、平衡车的状态信息数据取欧拉角中的俯仰角和偏航角。
35、再进一步地，所述步骤s06包括以下内容：
36、主控运行飞行器姿态检测算法和飞行器pid控制算法，输出pwm控制信号给飞行器电机驱动电路，控制飞行器电机工作。
37、再进一步地，所述步骤s06包括以下内容：
38、主控运行平衡车姿态检测算法和平衡车pid控制算法，输出pwm控制信号给平衡车电机驱动电路，控制平衡车电机工作。
39、再进一步地，所述飞行器pid控制算法原理如下：
40、采用串级pid控制，角速度闭环控制器作为内环，角度闭环控制器作为外环，外环的输出值作为内环的目标值；
41、俯仰角控制器由俯仰角速度控制环和俯仰角度控制环组成，俯仰角度控制环的pid参数分别为kp＝6,ki＝0,kd＝0，俯仰角度控制环的目标值为遥控器给定的目标角度，俯仰角度控制环的输出值作为俯仰角速度控制环的目标值，俯仰角速度控制环的pid参数分别为kp＝3,ki＝0,kd＝10，俯仰角速度控制环的输入值为滤波后的俯仰陀螺仪值；横滚角控制器由横滚角速度控制环和横滚角控制环组成，横滚角度控制环的pid参数分别为kp＝6,ki＝0,kd＝0，横滚角度控制环的目标值为遥控器给定的目标角度，横滚角度控制环的输出值作为横滚角速度控制环的目标值，横滚角速度控制环的pid参数分别为kp＝3,ki＝0,kd＝10，横滚角速度控制环的输入值为滤波后的横滚陀螺仪值；偏航角控制器由偏航角速度控制环和偏航角度控制环组成，偏航角度控制环的pid参数分别为kp＝10,ki＝0,kd＝0，偏航角度控制环的目标值为遥控器给定的目标角度，偏航角度控制环的输出值作为偏航角速度控制环的目标值，偏航角速度控制环的pid参数分别为kp＝1,ki＝0,kd＝0，偏航角速度控制环的输入值为滤波后的偏航陀螺仪值。
42、再进一步地，所述平衡车pid控制算法原理如下：
43、电机驱动控制子系统工作在平衡车模式时，平衡车保持直立并按指定速度行驶；
44、电机驱动控制子系统包括有负反馈的直立控制环、正反馈的速度控制环和转向控制环；
45、速度控制环的输出值作为直立控制环的目标值，直立控制换的pid参数分别为kp＝50,ki＝0,kd＝50，速度控制环的pid参数分别为kp＝0.1,ki＝0.003,kd＝0；
46、转向控制环的目标值为目标转向速度，输入值为平衡车左右两轮滤波后的转速差值，转向控制环的pid参数分别为kp＝0.05,ki＝0.005。
47、本发明的有益效果为：
48、一种四轴飞行器与双轮平衡车兼容驱动系统和控制方法，在硬件结构上兼容用于飞行器与平衡车的电源模块、控制信号输出线路、电机驱动控制子系统和姿态检测模块，在软件上共用主程序任务调度逻辑、pwm输出逻辑、姿态检测算法、pid控制算法，电源模块能够提供飞行器所需电压供电以及平衡车所需电压供电，电机驱动控制子系统能够兼容驱动用于飞行器的空心杯电机以及用于平衡车的直流减速电机，控制信号输出线路能够调节飞行器电机速度以及平衡车电机速度，姿态检测模块能够检测飞行器姿态以及平衡车姿态；通过高度重复利用硬件电路与软件算法，实现了四轴飞行器与双轮平衡车的兼容驱动；能够根据使用需求任意切换至四轴飞控模式或者平衡车模式，操作方便，结构简单紧凑。