无人机驾驶员航空知识手册培训教材(多旋翼).ppt

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1、无人机驾驶员航空知识手册培训教材多旋翼简介多旋翼，依靠多个（多于3个）旋翼产生升力，并依靠旋翼控制的飞行器。简介多旋翼在无人机市场的地位。简介简介多旋翼与直升机的相同与不同之处1）均靠旋翼产生升力2）直升机靠自动倾斜器控制桨叶周期变距调整姿态，旋翼转速恒定。多旋翼靠不同方位的旋翼转速变化调整不同方位的升力改变姿态。3）多旋翼靠成对电机反转实现平衡扭矩。4）无人直升机的控制对象主要是舵机，多旋翼控制对象主要是电机、电调。简介四旋翼飞行器四旋翼飞行器的概念：四旋翼飞行器就是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的

2、四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。飞行器也通过控制这两组螺旋桨的转速与转向产生不同的升力实现上下前后左右的六个方向飞行的航模模型。四旋翼飞行器的组成：电机电调螺旋桨飞控板锂电池遥控器（六通控制）一个四轴机架基本线路连接四旋翼飞行器的结构形式：四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼1和旋翼3逆时针旋转，旋翼2和旋翼4顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋

3、翼飞行器的结构形式如图所示：四旋翼飞行器四旋翼飞行器的飞行原理：四旋翼飞行器是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。与传统的直升机相比，四旋翼飞行器有下列优势：各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1和电机3逆时针旋

4、转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四旋翼飞行器四旋翼飞行器在空间共有6个自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。基本运动状态分别是：垂直运动俯仰运动滚转运动偏航运动前后运动和侧向运动四旋翼飞行器垂直运动：在图（a）中，因有两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡

5、落地，实现了沿z轴的垂直运动，当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。四旋翼飞行器俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3转速下降，电机2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速改变量的大小应相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转（方向如图所示），同理，当电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运

6、动。也就是说通过这实现了四轴飞行器的翻转。四旋翼飞行器滚转运动：滚转运动与俯仰运动一样，同样是为了实现四轴飞行器的翻转。只不过俯仰运动改变的是电机1、3的转速，保持电机2、4的转速不变，使得四轴飞行器绕y轴进行旋转。而滚转运动则是改变电机2、4的转速，保持电机1、3转速不变，使四轴飞行器绕x轴进行旋转。原理如图（c）示：四旋翼飞行器偏航运动：四旋翼飞行器偏航运动可以借助旋翼产生的反扭矩来实现。旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的旋翼转动方向相

7、同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图d中，当电机1和电机3的转速上升，电机2和电机4的转速下降时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2旋翼4对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机1、电机3的转向相反。原理如图（d）示：四旋翼飞行器前后运动与侧向运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图b的面

8、内对飞行器施加一定的力。在图e中，增加电机3转速，使拉力增大，相应减小电机1转速，使拉力减小，同时保持其它两个，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反；四旋翼