多旋翼飞行器设计与控制第一讲绪论多旋翼的前世今生

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1、多旋翼飞行器设计与控制第一讲绪论全权副教授qq_buaa@buaa.edu.cn自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学2016年3月10日北航新主楼B208自我介绍•全权副教授•305专业（飞控系，自动化科学与电气工程学院）•视觉导航、可靠飞行控制•主页:quanquan.buaa.edu.cn•实验室主页：rfly.buaa.edu.cn•微信公共号：buaarfly2016/3/102前言人们为什么最终选择了微小型多旋翼飞行器？2016/3/103大纲1.基本概念2.多旋翼操控和评价3.多旋翼飞行器技术发展历史4.本门课的安排5.作业6.资源20

2、16/3/1041.基本概念常见飞行器分类(a)固定翼(b)直升机(c)多旋翼（1）固定翼优点：续航时间最长、飞行效率最高、载荷最大缺点：必须要助跑，降落的时候必须要滑行2016/3/1051.基本概念常见飞行器分类(a)固定翼(b)直升机(c)多旋翼（2）直升机优点：垂直起降缺点：续航时间没有优势，机械结构复杂、维护成本高2016/3/1061.基本概念常见飞行器分类(a)固定翼(b)直升机(c)多旋翼（3）多旋翼优点：垂直起降、机械结构简单、易维护缺点：载重和续航时间都更差2016/3/1071.基本概念常见飞行器分类（3）多旋翼一般受力特

3、点：1.合成拉力垂直桨盘平面2.拉力、重力2016/3/1081.基本概念常见飞行器分类四旋翼和六旋翼有何分别？（3）多旋翼•无本质区别，3个力矩+拉力•六旋翼控制分配更灵活2016/3/1091.基本概念常见飞行器分类（4）复合飞行器[1-2](a)(b)[1]樊鹏辉.多轴飞行器的设计与控制.北京航空航天大学,硕士学位论文,2010.[2]张瑞峰.面向可靠飞行控制的四旋翼复合直升机研究.北京航空航天大学,博士学位论文,2011.2016/3/10101.基本概念常见飞行器分类（4）复合飞行器[3][3]全权等.复合式多旋翼飞行器.专利:2030

4、05746U,2013-06-19.2016/3/10111.基本概念无人驾驶飞机和航模[4-6]（1）无人驾驶飞机（UnmannedAerialVehicle）：简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。微小型无人机英文“Drone”（2）航模（ModelAircraft）：在国际航联制定的竞赛规则里明确规定“航空模型是一种重于空气的，有尺寸限制的，带有或不带有发动机的，可遥控的不能载人的航空器。”[4]FAIAeromodellingCommission.F3B-RadionControlSo

5、aring[Online],available:http://www.fai.org/ciam-oursport/f3-radio-control-soaring,February28,2016[5]PalmerD.TheFAA’SInterpretationoftheSpecialRuleForModelAircraft.J.AirL.&Com.2015,80:567-749[6]FederalAviationAdministration(FAA).InterpretationoftheSpecialRuleforModelAircraft.June

6、18,20142016/3/10121.基本概念无人驾驶飞机和航模无人机航模操控方式可自主驾驶需遥控操纵用途军事用途/民用特种接近于玩具用途组成复杂，需地面站简单，无需地面站半自主控制方式:多旋翼属于航模范畴全自主控制方式:多旋翼属于无人机范畴2016/3/10132.多旋翼操控和评价人们为什么最终选择了微小型多旋翼飞行器？2016/3/10142.多旋翼操控和评价四旋翼的操控（1）悬停当飞行器悬停时，•拉力抵消重力•四个螺旋桨拉力产生的滚转、俯仰力矩为零•偏航力矩为零，四个螺旋桨反扭矩效应均被抵消牛顿第三定律：相互作用的两个物体之间的作用力和反作

7、用力总是大小相等，方向相反。来源http://www.hzjys.net/2016/3/10152.多旋翼操控和评价四旋翼的操控（1）悬停直升机如何抵消反扭矩？（a）直10（b）北航“海鸥”尾桨共轴双桨2016/3/10162.多旋翼操控和评价四旋翼的操控上升运动螺旋桨变化(+表示增加转速)（2）升降运动#1#2#3#4改变拉力+1+1+1+1遥控器操作2016/3/10172.多旋翼操控和评价四旋翼的操控向前运动螺旋桨变化(-表示降低转速)（3）前后运动#1#2#3#4改变俯仰-1+1+1-1增加拉力+0.2+0.2+0.2+0.2合成-0.8

8、+1.2+1.2-0.82016/3/10182.多旋翼操控和评价四旋翼的操控（3）前后运动