多旋翼无人机技术基础9PPT优秀课件
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多旋翼无人机的飞行原理PPT课件
多旋翼无人机操控原理——六种运动
要操控无人机，就要操控它的各种运动，如图1-10所示，无人机 的整个飞行轨迹都是靠操控它的这六种运动来实现的。
多旋翼无人机操控原理——运动控制
①垂直运动控制。 当同时增加或减小4个旋翼的升力时，无人机垂直上升或下降;当 四旋翼产生的升力总和等于机体的自重时,四旋翼无人机便保持平衡状 态。四个旋翼同时增加升力，无人机就开始垂直上升。
两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等， 方向相反。牛顿第三运动定律也称为作用力与反作用力定律。
在多旋翼无人机的操控中，要用到此定律，比如多旋翼无人机的 自旋操控就是通过控制正桨和反桨作用在无人机上的扭矩大小来实现 的。
主要知识点回顾——欠驱动系统
欠驱动系统就是指系统的独立控制变量个数小于系统自由度个数 的一种非线性系统，多旋翼无人机就是典型的欠驱动系统，由于高度 非线性、参数摄动、多目标控制要求及控制量受限等原因，所以控制 难度较大。
主要知识点回顾——牛顿第二运动定律
物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比。 牛顿第二运动定律也称为加速度定律，它表明力的瞬时作用规律：力 和加速度同时产生，同时变化，同时消失。
所以，无人机的姿态和飞行速度的改变，需要在相应的方向上有 力的作用。
主要知识点回顾——牛顿第三运动定律
主要知识点回顾——全驱动系统
和欠驱动系统不同，全驱动系统的独立控制变量个数等于系统自 由度个数，具有操纵灵活、控制算法设计简单等特点，固定翼无人机 就是典型的全驱动系统。
飞行原理
主要知识回顾
多旋翼无人机飞行 原理
多旋翼无人机操控原理——飞行模式
四旋翼无人机的飞行模式有两种，左图为十字模式，右图为X字模 式。如前所述，多旋翼无人机根据旋翼桨距是否可控分为两类：旋翼 变距类和旋翼变速类，而电动多旋翼无人机基本都属于旋翼变速类， 下面就以旋翼变速类四旋翼无人机的十字模式为例，来对多旋翼无人 机操控原理进行介绍。
多旋翼无人机技术基础课件2解剖
列、6系列和7系列翼型。其中6系列翼型在低速飞机的机翼中广泛使用，
1系列翼型主要用于螺旋桨翼型。
以NACA633 - 218为例，说明6系列翼型的数字意义。第1个数字6是
6数字翼型。第2个数字是零升力时最小压力点的相对横坐标位置的10倍
数值。第3个数字3是翼型的低阻升力系数范围，即高于或低于设计升力
随后下坠，造成严重的飞行事故，这种现象就是失速。不同的翼型在失速
时的特性并不相同。
（1）厚翼型
（2）较薄的翼型
（3）薄翼型
翼型的选择
翼型的选择是对现有各种翼型的几何参数和性能进行对比分析，
挑选出能满足飞行器空气动力学要求的翼型。选择翼型时通常要考虑以
下因素：
1．翼型总体外形的考虑
2．翼型几何参数的考虑
2．避免发生音障的限制
多旋翼无人机前飞时，向前转到正侧方的前行桨叶相对气流速度是
转动线速度加上前飞速度，如果飞行速度太快，使旋翼桨叶桨尖速度达
到音速的十分之九，即马赫数为0.9，局部气流的速度可能就达到音速，
产生局部激波，从而使气动阻力剧增。
3．避免机体过分倾斜的限制
由于多旋翼无人机向前飞行姿态的控制是由机体整体向前倾斜的角
）与焦点（F）重合。对于非对称翼型来说两者不重合。压力
中心（p）位置与焦点（F）的关系式
x p (C m C y ) (C m 0 C y ) x F
影响翼型空气动力的因素（1）
1．雷诺数Re
雷诺数（Reynolds number）是一种可用来表征流体流动情况的无量
纲数，以Re表示。在流体力学中，雷诺数Re是指给定来流条件下，流
油动与电动多旋翼无人机的比较
油动多旋翼无人机与电动多旋翼无人机都是目前市场上广泛受到
1系列翼型主要用于螺旋桨翼型。
以NACA633 - 218为例，说明6系列翼型的数字意义。第1个数字6是
6数字翼型。第2个数字是零升力时最小压力点的相对横坐标位置的10倍
数值。第3个数字3是翼型的低阻升力系数范围，即高于或低于设计升力
随后下坠，造成严重的飞行事故，这种现象就是失速。不同的翼型在失速
时的特性并不相同。
（1）厚翼型
（2）较薄的翼型
（3）薄翼型
翼型的选择
翼型的选择是对现有各种翼型的几何参数和性能进行对比分析，
挑选出能满足飞行器空气动力学要求的翼型。选择翼型时通常要考虑以
下因素：
1．翼型总体外形的考虑
2．翼型几何参数的考虑
2．避免发生音障的限制
多旋翼无人机前飞时，向前转到正侧方的前行桨叶相对气流速度是
转动线速度加上前飞速度，如果飞行速度太快，使旋翼桨叶桨尖速度达
到音速的十分之九，即马赫数为0.9，局部气流的速度可能就达到音速，
产生局部激波，从而使气动阻力剧增。
3．避免机体过分倾斜的限制
由于多旋翼无人机向前飞行姿态的控制是由机体整体向前倾斜的角
）与焦点（F）重合。对于非对称翼型来说两者不重合。压力
中心（p）位置与焦点（F）的关系式
x p (C m C y ) (C m 0 C y ) x F
影响翼型空气动力的因素（1）
1．雷诺数Re
雷诺数（Reynolds number）是一种可用来表征流体流动情况的无量
纲数，以Re表示。在流体力学中，雷诺数Re是指给定来流条件下，流
油动与电动多旋翼无人机的比较
油动多旋翼无人机与电动多旋翼无人机都是目前市场上广泛受到
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。
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。
多旋翼无人机技术基础1ppt课件
（1）管制空域
（2）监视空域
（3）报告空域
精选ppt课件
15
无人机飞行空域划分和分类管理
（1）无人机飞行空域划分
①视距内运行（Visual Line of Sight operations，VLOS） ②超视距运行（Extended VLOS，EVLOS） ③融合空域
④隔离空域
⑤人口稠密区
⑥重点地区
（1）自然系统
（2）人造系统
（3）复合系统
（4）静态系统与动态系统
（5）封闭系统与开放系统
（6）实体系统与虚拟系统
2．系统论的基本理论
（1）整体的功能不等于各部分功能之总和
（2）系统的结构决定系统的功能
（3）动态观点
（4）最优化观点
精选ppt课件
3
控制论的基本概念
1．控制和控制论的定义
控制是施控者作用于受控对象的一种主动行为，使受控 对象按照施控者的意愿行动。
⑦机场净空区
（2）无人机飞行管理的分类：共分为七类
（3）无须证照管理的无人机
①Ⅰ类无人机（空机重量和起飞全重小于1.5千克）。
②在室内、拦网内等隔精离选空ppt间课件运行的无人机。
16
无人机飞行管理的要求
①无人机云系统（简称无人机云） ②电子围栏 ③主动反馈系统 ④被动反馈系统 ⑤民用无人机驾驶员资格要求 ⑥禁止洒驾 ⑦控制能力要求
④全国大学生机器人电视大赛。
⑤中国教育机器人大赛。
⑥全国青少年科普竞赛。
⑦ABB杯自动化大赛。 ⑧中国机器人大赛。
（2）软件技术
（3）硬件成本
精选ppt课件
12
多旋翼无人机典型案例
1．TXJ-ZB-01植保型油动变距多旋翼无人机
（2）监视空域
（3）报告空域
精选ppt课件
15
无人机飞行空域划分和分类管理
（1）无人机飞行空域划分
①视距内运行（Visual Line of Sight operations，VLOS） ②超视距运行（Extended VLOS，EVLOS） ③融合空域
④隔离空域
⑤人口稠密区
⑥重点地区
（1）自然系统
（2）人造系统
（3）复合系统
（4）静态系统与动态系统
（5）封闭系统与开放系统
（6）实体系统与虚拟系统
2．系统论的基本理论
（1）整体的功能不等于各部分功能之总和
（2）系统的结构决定系统的功能
（3）动态观点
（4）最优化观点
精选ppt课件
3
控制论的基本概念
1．控制和控制论的定义
控制是施控者作用于受控对象的一种主动行为，使受控 对象按照施控者的意愿行动。
⑦机场净空区
（2）无人机飞行管理的分类：共分为七类
（3）无须证照管理的无人机
①Ⅰ类无人机（空机重量和起飞全重小于1.5千克）。
②在室内、拦网内等隔精离选空ppt间课件运行的无人机。
16
无人机飞行管理的要求
①无人机云系统（简称无人机云） ②电子围栏 ③主动反馈系统 ④被动反馈系统 ⑤民用无人机驾驶员资格要求 ⑥禁止洒驾 ⑦控制能力要求
④全国大学生机器人电视大赛。
⑤中国教育机器人大赛。
⑥全国青少年科普竞赛。
⑦ABB杯自动化大赛。 ⑧中国机器人大赛。
（2）软件技术
（3）硬件成本
精选ppt课件
12
多旋翼无人机典型案例
1．TXJ-ZB-01植保型油动变距多旋翼无人机
多旋翼无人机入门实践 ppt课件
ppt课件
4
主流机型样例
美国“火力侦察兵”无人机
美国“全球鹰”无人机
大疆“精灵”无人机
ppt课件
5
多旋翼无人机构造
多旋翼飞行器主要由机架、电机、飞控和旋翼组成，为了满足实际飞行需要，一般还需要配备电池、遥控及航拍系统。
电机
电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种 典型的机电一体化产品。在整个飞行系统中， 起到提供动力的作用。
多旋翼无人机入门实践
ppt课件
1
目录
contents
01 基本组成 飞行原理 02
03 飞行控制系统 实操 04
ppt课件
2
01
基本组成
ppt课件
3
无人机机型分类
直升机、固定式和多旋翼的区别
直升机
固定式
旋翼式
单旋翼带尾桨的直升机，优点是 速度快，油动载重大，滞空时间 长，缺点是不易操作，巨大螺旋 桨杀伤力大，噪音重，适合专业 飞手用来大型设备的搭载。
ppt课件
13
03
飞行控制系统
ppt课件
14
飞行控制系统组成
飞行控制系统通过高效的控制算法内核，能够精准地感应并计算出飞行器的飞行姿态等数据，再通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。
主控单元
主控单元是飞行控制系统的核心，通过它将 IMU、GPS指南针、遥控接收机等设备接入 飞行控制系统从而实现飞行器自主飞行功能
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， 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。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。
无人机操控技术课件第3章飞行原理与性能第5节多旋翼基础知识
要完全杜绝和排除此类问题也比较困难，因为现有 小尺度的多旋翼，几乎100%时开环结构，无法检测到每 个电机是否转速正常。
5.2.3 动力系统—电调
建议最基础测试电机与电调兼容性的方案： 在地面拆除螺旋桨，姿态或增稳模式启动，启 动后油门推至50%，大角度晃动机身、快速大范围 变化油门量，使飞控输出动力。仔细聆听电机转动 声音，并测量电机温度，观察室否出现缺相。 在调试前，用遥控器设置电调时，需要接上电 机。
5.3 多旋翼气动布局—Y字型、H字型
Y型
优点：动力组较少，成本 低；外形炫酷，前方视线开阔。
缺点：尾旋翼需要使用一 个舵机来平衡扭矩，增加了机 械复杂性和控制难度。
H型
H型比较容易设计成折叠 结构，且拥有X型相当的特点。
5.3 多旋翼气动布局—4\6\8旋翼
单纯从气动效率出发，旋翼越大，效率越高，同样 起飞重量的4轴飞行器比8轴飞行器的效率高，故轴数越 多载重能力不一定越大。
一般锂聚合物电池上都有2组线。1组是输出线（粗， 红黑各1根）；1组是单节锂电引出线（细，与S数有关）， 用以监视平衡充电时的单体电压。
多轴飞行器飞行中，图像叠加OSD信息显示的电压 一般为电池的负载电压。
5.2.3 动力系统—电池
锂电池在使用时必须串联才能达到使用电压需要，因此 聚合物电池需要专用的充电器，尽量选用平衡充电器。 根据充电原理的不同分为串型式平衡充电器和并行式平衡充 电器。并行式平衡充电器使被充电的电池块内部每节串联电 池都配备一个单独的充电回路，互不干涉，毫无牵连。
5.2.2 飞控系统—飞控软件
飞控
基本情况
优点
缺点
KK飞控
开源，只使用 三个成本低廉
的单轴陀螺
价格便宜，硬件 结构简单
5.2.3 动力系统—电调
建议最基础测试电机与电调兼容性的方案： 在地面拆除螺旋桨，姿态或增稳模式启动，启 动后油门推至50%，大角度晃动机身、快速大范围 变化油门量，使飞控输出动力。仔细聆听电机转动 声音，并测量电机温度，观察室否出现缺相。 在调试前，用遥控器设置电调时，需要接上电 机。
5.3 多旋翼气动布局—Y字型、H字型
Y型
优点：动力组较少，成本 低；外形炫酷，前方视线开阔。
缺点：尾旋翼需要使用一 个舵机来平衡扭矩，增加了机 械复杂性和控制难度。
H型
H型比较容易设计成折叠 结构，且拥有X型相当的特点。
5.3 多旋翼气动布局—4\6\8旋翼
单纯从气动效率出发，旋翼越大，效率越高，同样 起飞重量的4轴飞行器比8轴飞行器的效率高，故轴数越 多载重能力不一定越大。
一般锂聚合物电池上都有2组线。1组是输出线（粗， 红黑各1根）；1组是单节锂电引出线（细，与S数有关）， 用以监视平衡充电时的单体电压。
多轴飞行器飞行中，图像叠加OSD信息显示的电压 一般为电池的负载电压。
5.2.3 动力系统—电池
锂电池在使用时必须串联才能达到使用电压需要，因此 聚合物电池需要专用的充电器，尽量选用平衡充电器。 根据充电原理的不同分为串型式平衡充电器和并行式平衡充 电器。并行式平衡充电器使被充电的电池块内部每节串联电 池都配备一个单独的充电回路，互不干涉，毫无牵连。
5.2.2 飞控系统—飞控软件
飞控
基本情况
优点
缺点
KK飞控
开源，只使用 三个成本低廉
的单轴陀螺
价格便宜，硬件 结构简单
相关主题