双旋翼二自由度平衡控制实验机构

该双旋翼二自由度平衡机构主要面向高校自动化、机械电子工程专业的控制算法验证场景，可作为经典控制理论、现代控制理论课程的配套实验载体，也可用于小型飞行器姿态控制原理的前置验证环节，替代部分高成本的真机试飞测试，降低算法调试阶段的硬件损耗风险。机构整体采用底座立柱式支撑结构，底部圆柱形安装座预留标准安装孔位，可直接固定在实验台架上，安装座直径适配常规实验台的T型槽间距，无需额外定制转接板，整体横向展长控制在常规实验台的有效操作宽度范围内，不会占用过多实验空间，竖直方向高度适配坐姿操作的视线高度，方便实验人员实时观察机构运行状态、调整控制参数。

机构核心功能是实现两个旋转自由度的动态平衡调节，两个旋翼组件分别布置在横置机架的两端，机架通过铰接结构与中部支撑座连接，支撑座再与底部立柱的旋转轴配合，分别实现俯仰方向的摆动自由度与水平方向的回转自由度，两个自由度的运动相互独立又存在动力学耦合，能够复现多旋翼飞行器的核心姿态控制特性。旋翼外侧设置环形防护网罩，既可以避免实验过程中旋翼转动触碰外物造成损坏，也能保护实验人员的操作安全，网罩采用辐条式镂空结构，在保证结构强度的同时尽可能降低自身重量，减少额外负载对平衡控制精度的干扰。

设计过程中针对底盘配重问题做了针对性优化，调整了机架上各部件的安装位置，将驱动模块、接线端子等重量较大的组件尽量靠近回转中心布置，降低偏载带来的静态力矩，减少平衡控制的初始负载。机构的负向回复作用力由配套弹簧提供，弹簧两端分别连接在活动机架与固定支撑座上，当机架出现角度偏移时，弹簧会产生对应的回复力矩，配合旋翼转动产生的升力差实现动态平衡，这种设计无需额外加装配重块，简化了整体结构，也让力矩参数的调整更加便捷，可通过更换不同劲度系数的弹簧适配不同的控制算法调试需求。控制逻辑采用PID闭环控制方案，可搭配开源控制板实现实时姿态采集与力矩输出调节，能够完成单自由度稳摆、双自由度耦合平衡、阶跃响应测试等多项实验内容，帮助使用者直观理解控制参数对系统稳定性、响应速度的影响，掌握平衡类系统的调试方法。