多旋翼无人机技术基础1ppt课件
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多旋翼无人机技术基础 （1）
符长青博士
.
与多旋翼无人机相关的基本概念
1．速度和加速度 2．牛顿三大运动定律 3．动能、势能和压力 4．空气属性 5．伯努利方程 6．飞行器、飞行力学和空气动力学 7．自动控制和自动控制系统 8．微机电系统（MEMS）
.
系统论的基本概念
1．系统的分类
（1）自然系统
（2）人造系统
2．反馈控制
所谓反馈就是指在完成控制的过程中，收集行动效果的
响应信息，并把其响应同目的要求相比较，进行工作调整。 这种行动后果的响应信息就称为反馈信息，当行动响应同目 标要求一致，控制过程便告完成；当行动响应效果偏离目标 甚至背道而驰时，就需要对系统进行调节，使其逐步接近目 标，最后使系统能得到合理的发展。
（3）以共轴发动机数量划分 （4）以旋翼能否倾转划分
.ຫໍສະໝຸດ Baidu
多旋翼无人机的用途
（1）石油开发服务、输油管路监测和安全保护。 （2）消防部门的火情探查、监视、消防灭火、消防抢险、灾害救援。 （3）林业部门的护林防火、播种和病虫害防治。 （4）物流快递公司送货。 （5）交通部门道路交通检测、疏导与控制，海港接送引航员服务。 （6）电力部门的输电线路建设、巡查和维护。 （7）新闻及电影摄制的航空摄像及照相。 （8）农牧业的农作物监测、喷洒农药、牧群监测与驱赶。 （9）海岸警卫的海面搜寻、海岸巡逻、海界标监测。 （10）环保部门的环境污染及土地状况监测。 （11）海关与税收部门的非法走私监视、边界巡逻。 （12）海洋渔业部门的渔业保护、海洋资源调查。 （13）地方政府的大气参数采集与检测、分析，灾害普查、抢险和救援。 （14）警察部门的反恐、失踪人员搜寻、落水人员救生、安全与突发事件现场处理。 （15）普查机构的地理、地质、考古勘定。 （16）河道管理部门的水路和水情监测、洪水与污染控制。 （17）水务部门的水务与水管道监测、维护。
3．前馈控制
前馈控制是没有反馈信息的控制系统，只有前馈的控制
信息通道，通常只应用于比较简单的场合，在工程建设项目
中较少采用。
.
多旋翼无人机的定义
1．旋翼驱动方式的分类
（1）旋翼由发动机驱动的旋翼机 （2）旋翼无发动机驱动的旋翼机
2．无人机、航空模型和航模运动
（1）无人机 英文为Unmanned Aerial Vehicle，缩写MAV。 （2）航空模型 （3）航模运动 （4）航模级多旋翼无人机
（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
3．多旋翼无人机的定义
多旋翼无人机的英文为Multirotor Unmanned Aircraft，缩写MUA， 就是多旋翼无人驾驶飞行器，简称为多旋翼无人机或多旋翼无人直升 机。
.
多旋翼无人机系统及其飞行机组
1．多旋翼无人机系统的定义
多旋翼无人机系统包括旋翼机系统、地面系统、任务载 荷和综合保障系统。
（18）实现载人化，搭乘旅客作为便捷的交. 通运输工具等。
多旋翼无人机分类方法
1、按动力装置划分 （1）油动多旋翼无人机 （2）电动多旋翼无人机
2、按外形结构划分 3、按用途划分 4、按重量划分 5、按控制方式划分 6、按市场定位划分 7、按有无载客能力划分
.
多旋翼无人机的发展历程
1．探索阶段：上世纪90年代初之前 2．奠基阶段：上世纪90年代初至2005年 3．起步阶段：从2005年至2010年 4．大发展阶段：从2010年至今
2．多旋翼无人机飞行机组
（1）驾驶员 （2）机长 （3）观测员 （4）运营人
3．载人多旋翼飞行器和旋翼自转状态
.
多旋翼无人机的外形结构
（1）以旋翼数量划分
根据多旋翼无人机所具有的旋翼数量可分为4、6、8、 12、16、18、24、36旋翼等多种类型。
（2）以旋翼分布位置划分
根据最前与最后两个旋翼轴的连线与机体前进方向是否 在同一直线上，划分为“I”型（或称为“+”型）和“X”型两种。 其他类型，包括“V”型，“Y”型和“IY”型等
6．“蓝鲸”倾转四旋翼飞行器
.
民用航空空域划分
（1）飞行情报区
（2）管制空域
① A类空域 ② B类空域 ③ C类空域 ④ D类空域
（3）禁区
（4）限制区
（5）危险区
（6）航路
（7）航线
.
低空空域划分
民用航空飞行高度一般在6000米以上。低空空域指的是 1000米以下的飞行区域。我国已经开放低空空域，将低空 空域开放给广大老百姓的私人飞行器（包括有人驾驶和无 人驾驶的飞行器）使用，以发展繁荣我国的航空业。低空 空域划分为三类：
.
多旋翼无人机市场商机无限
（1）娱乐功能 （2）航拍功能 （3）搜寻功能 （4）物流功能 （5）消防功能 （6）警用功能 （7）植保功能 （8）巡测及其他功能 （9）交通运输功能
.
国内外发展现状的对比分析
（1）人才培养
①全国航空模型比赛。 ②亚太机器人国内选拔赛。 ③中国智能机器人大赛。 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。
（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
.
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。
（1）管制空域 （2）监视空域 （3）报告空域
.
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 ⑦机场净空区
（2）软件技术 （3）硬件成本
.
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．大疆精灵3电动四旋翼无人机 3．“亿航184”载人多旋翼飞行器 4．德国e-volo载人多旋翼飞行器 5．载人多旋翼飞行器的其他案例
（1）荷兰 （2）匈牙利Bay Zoltan研究所 （4）美国MA公司 （5）英国的无人机玩家用54个螺旋桨打造一款载人多旋翼飞行器
符长青博士
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与多旋翼无人机相关的基本概念
1．速度和加速度 2．牛顿三大运动定律 3．动能、势能和压力 4．空气属性 5．伯努利方程 6．飞行器、飞行力学和空气动力学 7．自动控制和自动控制系统 8．微机电系统（MEMS）
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系统论的基本概念
1．系统的分类
（1）自然系统
（2）人造系统
2．反馈控制
所谓反馈就是指在完成控制的过程中，收集行动效果的
响应信息，并把其响应同目的要求相比较，进行工作调整。 这种行动后果的响应信息就称为反馈信息，当行动响应同目 标要求一致，控制过程便告完成；当行动响应效果偏离目标 甚至背道而驰时，就需要对系统进行调节，使其逐步接近目 标，最后使系统能得到合理的发展。
（3）以共轴发动机数量划分 （4）以旋翼能否倾转划分
.ຫໍສະໝຸດ Baidu
多旋翼无人机的用途
（1）石油开发服务、输油管路监测和安全保护。 （2）消防部门的火情探查、监视、消防灭火、消防抢险、灾害救援。 （3）林业部门的护林防火、播种和病虫害防治。 （4）物流快递公司送货。 （5）交通部门道路交通检测、疏导与控制，海港接送引航员服务。 （6）电力部门的输电线路建设、巡查和维护。 （7）新闻及电影摄制的航空摄像及照相。 （8）农牧业的农作物监测、喷洒农药、牧群监测与驱赶。 （9）海岸警卫的海面搜寻、海岸巡逻、海界标监测。 （10）环保部门的环境污染及土地状况监测。 （11）海关与税收部门的非法走私监视、边界巡逻。 （12）海洋渔业部门的渔业保护、海洋资源调查。 （13）地方政府的大气参数采集与检测、分析，灾害普查、抢险和救援。 （14）警察部门的反恐、失踪人员搜寻、落水人员救生、安全与突发事件现场处理。 （15）普查机构的地理、地质、考古勘定。 （16）河道管理部门的水路和水情监测、洪水与污染控制。 （17）水务部门的水务与水管道监测、维护。
3．前馈控制
前馈控制是没有反馈信息的控制系统，只有前馈的控制
信息通道，通常只应用于比较简单的场合，在工程建设项目
中较少采用。
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多旋翼无人机的定义
1．旋翼驱动方式的分类
（1）旋翼由发动机驱动的旋翼机 （2）旋翼无发动机驱动的旋翼机
2．无人机、航空模型和航模运动
（1）无人机 英文为Unmanned Aerial Vehicle，缩写MAV。 （2）航空模型 （3）航模运动 （4）航模级多旋翼无人机
（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
3．多旋翼无人机的定义
多旋翼无人机的英文为Multirotor Unmanned Aircraft，缩写MUA， 就是多旋翼无人驾驶飞行器，简称为多旋翼无人机或多旋翼无人直升 机。
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多旋翼无人机系统及其飞行机组
1．多旋翼无人机系统的定义
多旋翼无人机系统包括旋翼机系统、地面系统、任务载 荷和综合保障系统。
（18）实现载人化，搭乘旅客作为便捷的交. 通运输工具等。
多旋翼无人机分类方法
1、按动力装置划分 （1）油动多旋翼无人机 （2）电动多旋翼无人机
2、按外形结构划分 3、按用途划分 4、按重量划分 5、按控制方式划分 6、按市场定位划分 7、按有无载客能力划分
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多旋翼无人机的发展历程
1．探索阶段：上世纪90年代初之前 2．奠基阶段：上世纪90年代初至2005年 3．起步阶段：从2005年至2010年 4．大发展阶段：从2010年至今
2．多旋翼无人机飞行机组
（1）驾驶员 （2）机长 （3）观测员 （4）运营人
3．载人多旋翼飞行器和旋翼自转状态
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多旋翼无人机的外形结构
（1）以旋翼数量划分
根据多旋翼无人机所具有的旋翼数量可分为4、6、8、 12、16、18、24、36旋翼等多种类型。
（2）以旋翼分布位置划分
根据最前与最后两个旋翼轴的连线与机体前进方向是否 在同一直线上，划分为“I”型（或称为“+”型）和“X”型两种。 其他类型，包括“V”型，“Y”型和“IY”型等
6．“蓝鲸”倾转四旋翼飞行器
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民用航空空域划分
（1）飞行情报区
（2）管制空域
① A类空域 ② B类空域 ③ C类空域 ④ D类空域
（3）禁区
（4）限制区
（5）危险区
（6）航路
（7）航线
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低空空域划分
民用航空飞行高度一般在6000米以上。低空空域指的是 1000米以下的飞行区域。我国已经开放低空空域，将低空 空域开放给广大老百姓的私人飞行器（包括有人驾驶和无 人驾驶的飞行器）使用，以发展繁荣我国的航空业。低空 空域划分为三类：
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多旋翼无人机市场商机无限
（1）娱乐功能 （2）航拍功能 （3）搜寻功能 （4）物流功能 （5）消防功能 （6）警用功能 （7）植保功能 （8）巡测及其他功能 （9）交通运输功能
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国内外发展现状的对比分析
（1）人才培养
①全国航空模型比赛。 ②亚太机器人国内选拔赛。 ③中国智能机器人大赛。 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。
（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
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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。
（1）管制空域 （2）监视空域 （3）报告空域
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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 ⑦机场净空区
（2）软件技术 （3）硬件成本
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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．大疆精灵3电动四旋翼无人机 3．“亿航184”载人多旋翼飞行器 4．德国e-volo载人多旋翼飞行器 5．载人多旋翼飞行器的其他案例
（1）荷兰 （2）匈牙利Bay Zoltan研究所 （4）美国MA公司 （5）英国的无人机玩家用54个螺旋桨打造一款载人多旋翼飞行器