多旋翼飞行器设计与控制第六讲多旋翼的运动模型和参数测量

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多旋翼无人机技术基础课件第六章PPT演示课件

输入（激励）输出（响应）
结构动力系统
多旋翼无人机结构动力学目的
多旋翼无人机结构动力学的目的就是研究关于多旋翼无人机结构动力系统振动固有特性，它在外激励作用下产生动响应的基本理论和分析方法，以使多旋翼无人机结构具有优良的动力学特性。根据多旋翼无人机结构动力系统输入、输出与系统特性三者之间的关系，可归纳为三类问题。
多旋翼无人机振动的类型（4）
4．按照系统振动的运动规律分类（1）周期振动：振动量（如位移、速度、加速度等）是
时间的周期函数。
（2）简谐振动：振动量为时间的正弦或余弦函数的周期
振动，是最简单的周期振动。

（3）非周期振动和瞬态振动：非周期振动的振动量是
时间的非周期函数，如果这种振动只在很短的时间内存在，则称为瞬态振动。
多旋翼无人机技术基础（6）
符长青博士
多旋翼无人机结构动力学的定义
多旋翼无人机结构动力学是一门在多旋翼无人机设计中受到普遍重视且仍处于不断发展中的学科，它主要研究多旋翼无人机结构的强迫振动、自由振动和动稳定性，不考虑空气动力与结构的弹性力、阻尼力和惯性力之间的相互作用，如果涉及空气动力，也只把它作为与结构振动运动无关的外力对待，结构动力学是研究气动弹性响应的基础。（1）结构（2）振动（3）结构动力系统（4）振动固有特性
（4）随机振动：振动量不是时间的确定性函数，因而不
能预测，只能用概率统计的方法进行研究。
多旋翼无人机振动的类型（5）
5．按照系统结构参数的特性分类（1）线性振动：线性振动是系统内的恢复力、阻尼
力和惯性力分别与振动位移、速度和加速度成线性关系的振动，可用常系数线性微分方程来描述。线性振动叠加原理成立，系统自由振动的频率及模态是系统所固有的，其特性不随时间改变。

第06讲多旋翼的运动模型和参数测量

21
2.多旋翼气动阻力模型
桨叶挥舞
螺旋桨攻角旋转风的方向 (a) 螺旋桨剖面图攻角无风时螺旋桨速度 (b) 无风时螺旋桨速度与攻角
图. 螺旋桨速度与攻角变化关系
向上挥舞速度
螺旋桨相对风的速度 (c) 相对风螺旋桨速度与攻角
桨叶挥舞是桨叶的上下运动。如上图（a）所示，前行桨叶逆风前进，因此获得更大的相对速度。这时作用在螺旋桨的拉力增加，产生向上挥舞速度。如上图（c），螺旋桨的向上挥舞速度会减少攻角，进而减少拉力。
f x y z
cT 2 dcT 2 2 dcT 2 cM
cT 2 dcT 2 2 dcT 2 cM
cT 2 dcT 2 2 dcT 2 cM
12 2 dcT 2 2 2 2 2 dcT 32 2 4 cM cT
2016/4/14
18
1.多旋翼控制模型
2016/4/14
19
1.多旋翼控制模型
动力系统模型
U m = U b
Battery Throttle
Ub
Motor-Propeller

ESC
Um
ss CR b
ss
Thrust 1 ss Tm s 1 cM 2 Moments
y dcT 12 32
2 2 z cM 12 2 32 4
f cT x 0 y dcT z cM
cT dcT 0 cM
cT 0 dcT cM
M4
M nr
12 2 d nr cT sin nr 2 d nr cT cos nr 2 cM nr n r cT

多旋翼模型入门—理论知识篇——下篇

多旋翼模型入门—理论知识篇——下篇日本手、美国手：日本手，美国手分别也可以叫做右手油门，左手油门，遥控器上油门的位置在边是日本手、在左边是美国手，所谓遥控器油门，在四轴飞行器当中控制电机的动力输出，输出功率大，电机转得快。

反之同理。

判断遥控器的油门很简单，遥控器2个摇杆当中，上下板动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。

一般来说，一个人适应美国手或者日本手与生俱来，根据自己习惯来购买对应的遥控器即可。

飞行控制器飞控的用途：首先，飞控充当了一个特殊的适用于多旋翼的混控器，将遥控输入的横滚，升降转换为对应电机动力输出的大小，例如APM（PIX）飞控ACRO模式或者是DJI 的手动模式，此时飞控的姿态稳定算法不介入，操作类似于直升机，操作最直接，可以做特技翻滚。

另外，现在的飞控都带有电子陀螺仪，磁罗盘，加速度计，气压计等传感器，在带有姿态稳定的模式下，通过软件算法，解析飞行器姿态，修正由于飞行器安装、外界干扰、零件之间的不一致等原因形成的姿态异常，帮助保持稳定状态。

一些安装有GPS 的飞控可以在遥控失控等特殊情况下自动返回起飞点。

在一些高端飞控中，更有全自动模式，只需事先设置好计划任务，可以由飞控自动驾驶多旋翼完成计划飞行。

飞行模式（浅谈，不同飞控自行看说明书类比，以下以APM为例）：本文只讲多旋翼，故不包含APM在固定翼，车上的模式。

1、稳定模式Stabilize稳定模式是使用得最多的飞行模式，也是最基本的飞行模式，起飞和降落都应该用此模式。

此模式下，飞控会让飞行器保持稳定。

（陀螺仪，加速度计介入解算姿态，气压计，GPS不介入解算姿态）是初学者进行一般飞行的首选。

一定要确保遥控器上的开关能很方便无误地拨到该模式，这对抢救紧急情况十分重要。

2、定高模式ALT_HOLD初次试飞之后就可以尝试定高模式，此模式不需要GPS支持，APM会根据气压传感器的数据保持当前高度。

（陀螺仪，加速度计，气压计介入解算姿态）定高时如果不会定点，因此飞行器依然会漂移。

多旋翼飞行器设计与控制课程简介

《多旋翼飞行器设计与控制》课程简介课程编号：031574课程名称：多旋翼飞行器设计与控制学时：32学时开课学期：春季上课时间：2016年3月10日- 2016年6月30日，周四晚7：00-9：00上课地点：北航新主楼B208一．内容简介1、专业与学生定位：（1）专业：面向控制科学与工程专业特别是导航、制导与控制专业。

（2）学生：控制科学与工程专业特别是导航、制导与控制专业的研究生，或有一定航空和自动化专业背景的研究生。

2、课程目的：本门课程讲授多旋翼设计、动态模型建立、状态估计、控制和决策等方面的基础知识。

涉及到空气流体力学、电机、电路、材料结构、理论力学、以及导航、制导与控制各个学科的基础知识，具有基础性和系统性两个特色。

因此，有利于学生将已学知识融会贯通，着重培养学生解决问题的综合能力。

二．先修课程与专业基础自动控制原理，航空航天概论、理论力学、线性系统（建议）三．讲授方式课堂授课、学生大作业展示四．教学安排与内容1.多旋翼绪论首先介绍飞行器的基本概念、评价、以及多旋翼的历史，以及本课的安排。

2.多旋翼设计通过这一阶段，学生可以对多旋翼机身主体设计和动力系统选择有一个较为深入的认识。

2.1多旋翼的基本组成。

这一部分包括机身主体、动力系统、控制系统和通讯链路等四个部分。

主要按作用和指标参数两个方面分别介绍机架、起落架、云台、涵道、电机、电调、螺旋桨、电池、遥控器和接收器、自动驾驶仪、地面站、数传电台、图传电台、通讯协议等方面。

2.2多旋翼的机身主体设计。

这一部分包括机体基本构型，以及减震和降噪的考虑等。

2.3多旋翼动力系统性能建模和估算。

多旋翼的动力系统由航模电池、电子调速器、直流无刷电机和螺旋桨四个部分组成。

这一部分包括对这四个部分建立力和能量方面的数学模型，提出动力系统的飞行性能估算，比如：悬停状态下的续航时间和最大负重等等。

3.多旋翼动态模型通过这一阶段，学生可以对多旋翼运动模型有一个较为深入的认识。

多旋翼飞行器设计与控制_北京航空航天大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

多旋翼飞行器设计与控制_北京航空航天大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.欧拉转动中，将地球固联坐标系绕固定点转动（）次可以使它与机体坐标系的三轴指向一致。

参考答案:三次2.螺旋桨桨盘倾斜安装的好处是（）参考答案:前飞时可以不倾斜机身3.多旋翼动力学模型的输出不包括（）参考答案:位置4.同等条件下，飞行距离最远的飞行器是（）。

参考答案:固定翼飞行器5.多旋翼超声波测距仪检测不到反射波的原因可能有哪些？（）参考答案:机体俯仰角过大_机体距离地面过远_机体滚转角过大6.一个飞行控制系统(FCS)或者自动驾驶仪除了需要底层控制模块，还需要什么( )参考答案:决策模块7.遥控器上可设置的飞行参数包括（）参考答案:油门的正反_摇杆灵敏度大小_摇杆功能设定8.判断系统【图片】的可观性（）参考答案:可观9.对于带光流传感器的半自主自驾仪多旋翼的自稳定模式，关于水平位置通道的描述正确的是（）参考答案:水平位置通道是不稳定的_水平速度通道是稳定的10.而在（）实验中，输入信号可以任意选择，因此能获得更多的系统信息。

参考答案:开环11.理论上加速度计可以测量下列哪些量？（）参考答案:比力_滚转角_俯仰角12.姿态控制的目标是（）参考答案:_13.稳定性和飞行性能之间是什么关系（）参考答案:稳定性越高飞行性能越差14.避障技术包括（）参考答案:声呐系统_激光雷达15.多旋翼的建模包含哪些部分？（）参考答案:刚体运动学模型_动力系统模型_控制效率模型_刚体动力学模型16.不考虑动力系统动态特性时，电机模型中可忽略的有（）参考答案:电感17.一般情况下，空载电流对悬停时间的影响（）参考答案:有影响，但是影响较小18.单目视觉系统（）获取绝对尺度信息参考答案:不能19.下列多旋翼构型，当有任意一个旋翼失效时，哪些构型可以采用放弃偏航的方式实现安全着陆（）参考答案:__20.表示材料或结构在外力作用下抵抗破坏的能力的物理量为（）参考答案:强度21.当电子罗盘不健康时，则多旋翼无法实现以下哪个功能（）参考答案:定点悬停22.多旋翼可靠性高主要是因为（）参考答案:无刷直流电机_没有活动关节23.如果得到的误差传递函数为【图片】，其中【图片】而是频率为幅值为1的正弦信号，那么关于最终误差表述正确的是（）参考答案:收敛到 024.在做系统辨识时，传递函数阶数的选取应（）参考答案:尽可能小25.水平速度通道中的速度是指（），这样才能与偏航角无关参考答案:机体系下的速度26.工具箱( )在多种真实飞机的系统辨识中得到了广泛的应用参考答案:CIFER27.对于半自主自驾仪的多旋翼，遥控指令能直接控制多旋翼的以下变量( )参考答案:俯仰角和滚转角_垂直高度方向的速度_偏航角速度28.在多旋翼控制模型系统辨识中，下列（）先验知识对系统辨识有用参考答案:有无速度反馈_偏航通道的模型形式_水平位置通道的模型形式_高度通道的模型形式29.系统辨识方法包括( )参考答案:最小二乘方法_子空间辨识方法_PEM（Prediction-Error Minimization）方法_最大似然率方法30.对于半自主自驾仪的多旋翼的自稳定模式，关于高度通道的描述正确的是（）参考答案:高度方向的速度通道是稳定的_高度通道是不稳定的31.对于半自主自驾仪的多旋翼的自稳定模式，关于偏航通道的描述正确的是（）参考答案:偏航角速度通道是稳定的_偏航通道是不稳定的32.多旋翼在悬停下主要受到（）参考答案:重力_拉力33.直升机的升力主要由（）控制参考答案:油门_总距操纵杆34.多旋翼“刷锅”其实指的以一个目标为中心点，飞行器围着它转圈拍摄。

无人机驾驶员航空知识手册培训教材多旋翼

对于航模用的无刷直流电机,转速精度要求并不很高, 使用开环控制方式就可满足要求,
外转子电机内部构造
无刷电机拆解
四旋翼飞行器
AB通电
AC通电
四旋翼飞行器
四旋翼飞行器
四旋翼飞行器
霍耳效应器件, 霍耳效应测量器件可以根据转子不同位置时的不同磁场方向分布情况输出位置信号, 一般在电机的不同位置上装三个霍尔传感器, 就可测出转子的位置,这就是所谓的有感无刷电机的驱动,
另外需要注意的是四根轴架的尺寸长度,保证4个螺旋桨不打架就可以了,但要考虑到螺旋桨之间因为旋转产生的乱流互相影响, 建议还是不要太近,否则影响效率, 这也是为什么四轴用2叶螺旋桨比用3叶螺旋桨多的原因之一 3叶的还有个缺点,平衡不好做 ,
四旋翼飞行器
德国MD4-1000四旋翼
四旋翼飞行器
德国MD4-1000四旋翼
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
单体电压：标称3.7,满充4.2v,放电保护电压：3v 容量：蓄电池的总能量=电压X容量放电倍率：以多少倍容量电流放电
最大放电电流=容量X放电倍率充电倍率：以多少倍容量电流充电能量密度：总能量/总重量
四旋翼飞行器
四旋翼飞行器
四旋翼飞行器
四轴机架：

多旋翼无人机飞行控制方法讲解

多旋翼无人机飞行控制方法讲解多旋翼无人机飞行控制方法讲解1线性飞行控制方法常规的飞行器控制方法以及早期的对飞行器控制的尝试都是建立在线性飞行控制理论上的，这其中就又有诸如PID、H∞、LQR以及增益调度法。

1.PIDPID控制属于传统控制方法，是目前最成功、用的最广泛的控制方法之一。

其控制方法简单，无需前期建模工作，参数物理意义明确，适用于飞行精度要求不高的控制。

2.H∞H∞属于鲁棒控制的方法。

经典的控制理论并不要求被控对象的精确数学模型来解决多输入多输出非线性系统问题。

现代控制理论可以定量地解决多输入多输出非线性系统问题，但完全依赖于描述被控对象的动态特性的数学模型。

鲁棒控制可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题，但它的计算量非常大，依赖于高性能的处理器，同时，由于是频域设计方法，调参也相对困难。

3.LQRLQR是被运用来控制无人机的比较成功的方法之一，其对象是能用状态空间表达式表示的线性系统，目标函数为是状态变量或控制变量的二次函数的积分。

而且Matlab软件的'使用为LQR的控制方法提供了良好的仿真条件，更为工程实现提供了便利。

4.增益调度法增益调度(Gainscheduling)即在系统运行时，调度变量的变化导致控制器的参数随着改变，根据调度变量使系统以不同的控制规律在不同的区域内运行，以解决系统非线性的问题。

该算法由两大部分组成，第一部分主要完成事件驱动，实现参数调整。

如果系统的运行情况改变，则可通过该部分来识别并切换模态;第二部分为误差驱动，其控制功能由选定的模态来实现。

该控制方法在旋翼无人机的垂直起降、定点悬停及路径跟踪等控制上有着优异的性能。

2基于学习的飞行控制方法基于学习的飞行控制方法的特点就是无需了解飞行器的动力学模型，只要一些飞行试验和飞行数据。

其中研究最热门的有模糊控制方法、基于人体学习的方法以及神经网络法。

1.模糊控制方法(Fuzzylogic)模糊控制是解决模型不确定性的方法之一，在模型未知的情况下来实现对无人机的控制。

多旋翼飞行器

多旋翼飞行器入门1、DJI产品的发展历程（一）“精灵”系列2013年12月16号PHANTOM2新产品发布精灵3 是深圳市大疆创新科技有限公司（DJ-Innovations，简称DJI）在2015年4月8 日推出的一款微小型一体航拍无人机。

2016年3月2日深圳市大疆创新科技有限公司在纽约正式发布产品—大疆精灵Phantom 4图1-1 “精灵”（二）“御”系列2018年8月23日，DJI大疆创新在纽约发布“御”Mavic 2 系列无人机，包括“御”Mavic 2 专业版及“御”Mavic 2 变焦版两款。

图1-2 “御”（三）“悟”系列2014年11月13日，在旧金山金银岛上，DJI正式发布了一款消费级无人机“悟”图1-3 “悟”（四）“晓”系列“晓”Spark是DJI大疆创新于2017年5月在美国纽约召开新品发布上，正式推出的全新无人机，这也是大疆第一款迷你型掌上无人机。

图1-4 “晓”2、国内外多旋翼飞行器行业应用2.1农业我国是传统农业大国，耕地面积超过20亿亩。

随着农村劳动力短缺问题的凸显，农村土地集约化管理的加快，农业机械化和自动化引起了国家有关部门的重视。

2015年5月，国务院印发《中国制造2025》，全面推进制造强国战略。

在这份行动纲领中，农机装备与航空航天装备、生物医药、新材料等一起被列入十大重点发展领域。

在全国倡导机械化、自动化的大环境下，植保无人机迎来了广阔的发展空间。

我国的农业机械化率超过60%，但就无人机的应用水平而言，与发达工业国家相比还存在一定差距。

日本在用植保无人机3000多架，入手超过14000人。

仅Yamaha一家企业就有130多家培训学校，负责和从事水稻等无人机作业的组织超过1000个，且形成了规范的行业服务体系。

而我国的农业植保无人机尚处于起步阶段，据统计，2014年我国植保无人机保有量为695架，总作业面积426万亩；2015年我国植保无人机保有量为2324架（31个省统计），总作业面积1152.8万亩，增长幅度分别为234%、170.6%。

多旋翼飞行器动力学建模与控制系统设计

ＫＭ
２．６７ｘｌＯｍ，Ｓ
扭矩系数
以求出多旋翼飞行器的简化动力学模型：
Ｕ１（ｃ０ｓ（ｐｓｉｎｅｃ０ｓ＋ｓｉｎ ‘ ｐｓｉｎ）／ｍＵ１（ｃｏｓ ‘ Ｐｓｉｎ０ｓｉｎ一ｓｉｎ速度几何中心到安装电机中心距离升力系数
其中，Ｕ，代表飞行器的垂直升降控制量，Ｕ代表飞行器的横滚控制量，Ｕ３代表飞行器的俯仰控制量，Ｕ代表飞行器的偏航控制量。最终根据以上推导，我们可
经过测试与计算可以得到多旋翼飞行器所
需要的一些重要参数．如表２所示
同时，我们定义绕ｘ、Ｙ、Ｚ轴的转矩分别为Ｍ。、
Ｍｅ、Ｍ，那么对应的转动惯量分别为Ｉ１０、Ｉ。为了将非线性耦合模型控制量分解成为四个独立的控制量．我们做如下定义：
＋（一）／
旋翼３ｌ旋翼４
４－（一）ｌ＋（一）一（＋）｛／
旋翼５
＋（一），
／
５
／
／
＿／
苣４
索３
２１
横滚
｜
＋（一）
／
一（ｌ＋）
，
／／
。ｍ
ｇ）为状态矢量；Ｂ为输入矩阵；ｕ＝（ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ）为

简述多旋翼无人机的飞行原理

简述多旋翼无人机的飞行原理多旋翼无人机是一种利用多个电动螺旋桨产生升力和控制飞行姿态的飞行器。

其飞行原理主要涉及到气动学、动力学和控制理论等方面。

一、气动学原理1. 空气动力学基础空气是一种流体，当物体在空气中运动时，会受到空气的阻力和升力的作用。

升力是垂直于流体运动方向的力，它是由于物体表面上方的流体速度比下方快而产生的。

根据伯努利定律，速度越快的流体压强越低，因此在物体表面上方形成了一个低压区域，从而产生了升力。

2. 旋翼产生升力原理多旋翼无人机利用电动螺旋桨产生升力。

螺旋桨是一种叶片形状呈扁平椭圆形的转子，在转动时会将周围空气向下推送，从而产生反作用力使得无人机获得向上的升力。

同时，螺旋桨还可以通过改变叶片角度来调节升降速度。

3. 旋翼产生的气流对姿态控制的影响旋翼产生的气流会对无人机的姿态控制产生影响。

例如，当无人机向前飞行时，前方螺旋桨产生的气流会使得无人机头部上仰；而后方螺旋桨产生的气流则会使得无人机头部下俯。

因此，通过调节各个螺旋桨的转速和叶片角度来实现姿态控制。

二、动力学原理1. 动力学基础动力学是研究物体运动状态和运动规律的学科。

在多旋翼无人机中，电动螺旋桨提供了推力，从而使得无人机具有向上飞行的能力。

2. 电动螺旋桨推力计算电动螺旋桨推力与其转速和叶片角度有关。

一般来说，推力与转速成正比，与叶片角度成平方关系。

因此，在设计多旋翼无人机时需要根据所需升降速度和搭载重量等因素来确定电动螺旋桨数量、大小和转速等参数。

三、控制理论原理1. 控制理论基础控制理论是研究如何使系统达到期望状态的学科。

在多旋翼无人机中，通过调节各个螺旋桨的转速和叶片角度来实现姿态控制和飞行控制。

2. 姿态控制姿态控制是指调节无人机的姿态，使其保持稳定飞行。

一般来说，可以通过加速度计、陀螺仪和罗盘等传感器来获取无人机的姿态信息，然后通过PID控制器等算法来调节螺旋桨转速和叶片角度。

3. 飞行控制飞行控制是指调节无人机的飞行状态，包括升降、前进、后退、左右平移等动作。

多旋翼理论

主要参数：1.电压放电截止电压2.75V 充电截止电压4.20V 标准电压3.7V 储存电压3.85V 2.S数，S是指电池的串联数量。 3.P数，P是指该电池并联的数量 4.内阻，内阻越小的电池放电能力越强，内阻越大的电池放电能力越弱。 5、C数，是放电倍率，放电倍率越大，电池放电电压下降的越快，放电倍率越小，则反之；放电倍率越大，放出的电量越少；其数字大小决定了电池的最大放电电流，公式为：容量X 放电倍率=最大放电电流。 6.容量，电池的容量用Mah或者Ah来表示，是指电池以某个电流持续放电1小时所放出的电量。
KV值X电压=空载转速（每分钟）最大功率：电机能够安全工作的最大功率, 电机的功率反应了其对外的输出能力，功率越大的电机其输出能力也更强。
电压*电流=功率(W)
无刷电调
电调全称电子调速器，英文 electronic speed controller,简称ESC。在整个飞行系统中，电调的作用主要包括 1、调节电机转速； 2、控制电机运转； 3、提供BEC供电（部分没有这个功能）
x型的6旋翼、8旋翼
具有x型4旋翼的特性的同时，还拥有比4旋翼更好的结构效率、承载重量以及冗余度等性质，深受航拍、影视行业用户青睐。
多旋翼飞行器的结构布局
四旋翼是结构简单、飞行效率相对高效的一种常见多旋翼结构，也是目前市场上保有量最大的多旋翼飞行器类型。四旋翼玩具、小型航拍机一般都选用该结构。但是要注意的是，四旋翼没有动力冗余，任何一个电机出现问题停转，飞行器都将无法控制而摔机。
在显示系统里，通讯设备将飞行器的高度、速度、电量、姿态、位置等各种丰富的信息传达到地面，地面操作人员就可以根据显示系统提供的信息对飞行器进行操纵。而在操作系统里，作业人员能够通过操作设备将控制意图传达到多旋翼无人机，实施相应的飞行及操作。

网络公开课慕课（MOOC）发布，新版中文PPT课件全部上线-《多旋翼飞行器设计与控制》

网络公开课慕课（MOOC）发布，新版中文PPT课件全部上线-《多旋翼飞行器设计与控制》从2016年9月到2017年3月，可靠飞行控制研究组开始《多旋翼飞行器设计与控制》网络课程（MOOC或称慕课）的艰苦准备，最终盼来了课程的顺利发布。

于此同时，《多旋翼飞行器设计与控制》中文课件通过修改后重新上线。

大家可以到实验室官网：/ 或北航可靠飞行控制研究组官方公众号（微信号：buaarfly）下载相关课件。

•网络课程内容我们重新组织梳理了北航研究生课程《多旋翼飞行器设计与控制》，浓缩成15节1个小时左右的网络课程。

它集中反映了英文著作“Quan, Quan. Introductionto Multicopter Design and Control. Springer Singapore, 2017 ” (目前已经有预售，可以上Amazon或Springer官网（/cn/book/9789811033810）等购买) 和中文译本“全权著，杜光勋，赵峙尧，戴训华，任锦瑞，邓恒译. 多旋翼飞行器设计与控制. 电子工业出版社, 2017.”的主要内容。

讲授多旋翼了多旋翼设计、动态模型建立、状态估计、控制和决策等方面的基础知识，全面反映多旋翼飞行控制系统。

更具体的可到“网易云课堂”，搜索“多旋翼”就可以到达课程《多旋翼飞行器设计与控制》，预览“本门课的安排”。

•拍摄网络课程原因（1）在2016年上半年完成第一轮开课，参加课程不仅有学校学生，而且很多来自院所和公司，得到了广泛好评。

不少朋友希望我们能做网络公开课，这样受众面更广，也方便大家安排时间学习。

（2）对于教学来说，我们希望课堂的教学信息量和形式更加丰富。

因此，通过学生们课下提前学习，课堂上的时间可以被用于讨论和前沿知识的讲解，希望学生成为课堂的主角。

目前由于一些原因，要收取一定费用，但我们能保证课程最终会以免费的形式提供给同学们。

•网络课程背后的故事（1）拍摄前。

无人机飞行操控技术多旋翼原理

5.1.3 原理
四旋翼飞行器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。

四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。

酷玩实验室·DIY教程库·多旋翼·多旋翼模型入门

酷玩实验室·DIY教程库·多旋翼·多旋翼模型入门1.概述1.1 多旋翼制作需要准备什么零件（四轴为例）动力总成：· 无刷电机（4个）· 电子调速器（俗称电调，4个）· 螺旋桨（4个，需要2个正浆，2个反浆）控制系统：· 飞行控制器（俗称飞控）· 遥控器（四通道以上遥控器）动力储备：· 电池· 充电器结构件：· 机架2.原理与理论解释 - 2.1 动力总成（第1部分）· 无刷电机（1）结构：无刷电机的转子是永磁磁钢，连同外壳一起和输出轴相连，定子是绕组线圈，去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷，故称之为无刷电机（Brushless motor）。

（2）运行原理：简单而言，依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动，电机就转起来了，电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关，更与无刷电机的控制性能有很大关系，因为输入的是直流电，电流需要电子调速器将其变成三相交流电，还需要从遥控器接收机那?里接收控制信号，控制电机的转速，以满足模型使用需要。

总的来说，无刷电机的结构是比较简单的，真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器，好的电子调速器需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制，所以价格要?比有刷电机?高出很多。

（3）电机的型号（重要）：经常看人说什么2212电机，2018电机等等，到底是什么意思呢？这其实电机的尺寸。

不管什么牌子的电机，具体都要对应4位这类数字，其中前面2位是电机定子的直径，后面2位是电机定子的高度。

简单来说，前面2位越大，电机越肥，后面2位越大，电机越高。

又高又大的电机，功率就更大，适合做大四轴。

（4）KV值定义（重要）：无刷电机KV值定义为转速/V，意思为输入电压增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。

无人机结构与系统 5.2.4 多旋翼的姿态遥控飞行与内环参数调试

无人机结构与系统课程（项目）授课教案
授课类型理论课☑讨论课□实验课□实训课☑其他□
教学设计
步骤时间主要任务教师活动学生活动
模拟飞行软件进行飞行体验15分钟1.以KSEA场景为例，
追逐固定的塔台以及
动态的热气球。

1.回顾实幻模拟系统
的使用过程；
2.布置任务：以KSEA
场景为例，追逐固定的
塔台以及动态的热气
球。

1.通过回顾上一节课
内容，练习无人机半
实物仿真平台，积极
参与讨论、发言；
2. 在模拟飞行软件
X-Plane中选择KSEA
场景，选择多旋翼飞
行器的模型，练习如
果利用遥控设备操控
无人机对固定的塔台
以及动态的热气球进
行追逐；
3.观察无人机的飞行
姿态，是否稳定。

引入内环调参概念10分钟1.使用实幻模拟系
统；
2.运行地面站后运行
内环调参软件。

1.提出问题：为什么
多旋翼无人机在遥控
器不做任何动作的时
候仍然会抖动？
2.调参软件针对无
人机出现的状态如
何进行调参，修改哪
些参数，如何验证参
数设置的合理性。

1.在熟悉无人机飞控
系统的基础上思考飞
机抖动的原因，积极
参与讨论并回答问
题；
2. 认真查看手册内
容，理解内环调参的
步骤，参数设置合理
性的判定方法。

基于半实物仿真平抬的内环调参1.练习实幻模拟仿真
平台的内环调参。

1.布置任务：分组进
行多旋翼无人机的内
环调参；
1.认真查阅手册进行
内环参数的调试；
2.记录在调参过程中。