微型飞行器概述
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在此之后的数十年中，四旋翼垂直起降机没有什么大的进展。 近十几年来，随着微系统、传感器以及控制理论等技术的发展。 四旋翼垂直起降机制理论等技术的发展，四旋翼垂直起降机又引起 人们极大的兴趣。 研究集中在小型或微型四旋翼飞行器的结构、飞行控制以及能 源动力等方面。
微型飞行器（micro air vehicle，MAV）是20世纪 90年代开 始提出的新概念技术。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
1924 年，出现了一种叫做Oemichen的四旋翼直升机， 直升机首次实现了1km 的垂直飞行。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
1956 年，Convertawing造了一架四旋翼直升机，该飞 行器的螺旋桨在直径上超过了19 英尺，用到了两个发 动机，并且通过改变每个螺旋桨提供的推力了来控制飞 行器。
微型飞行器技术发展方向： 实用性 ＭＡＶ 的发展
美国应用于军方的微型飞行器
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
各种微型飞行器类型与系统技术的发展还刚刚开始，人们心目中的微型飞 行器，希望更微小、更灵巧和更智能化，能够像自然界各种各样的鸟类一样自由飞 翔，像蜜蜂、蚊子一样隐秘潜行，具有像蜜蜂一样的视嗅觉与灵感、像飞行生物一 样吃几粒谷就能飞几十公里的能力。 因此，微型飞行器系统技术的发展
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型四旋翼飞控系统总体设计框图
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行器的基本技术指标是：
各向尺寸不超过 150 mm 质量 10~100 g 续航时间 20~60 min 续航速度 30~60 km/h 平台承载质量 1~18g 最大飞行距离1~10 km 可实时传输图像 能自主飞行
微机电系统( MEMS )传感器
微型飞行器系统要尽可能设计的重量轻和体积小，因此，所用 传感器必须超微型化，目前主要采用的是 MEMS 传感器。
MEMS是 微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，芯片尺 寸通常在毫米或微米级。MEMS 传感器是采用微机械加工技术制造的新 型传感器。
MEMS陀螺仪和加速度计
其基本运动状态分别 为： 1.垂直运动； 2.俯仰运动； 3.滚转运动； 4.偏航运动； 5.前后运动； 6.侧向运动；
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
其基本运动状态分别 为： 1.垂直运动； 2.俯仰运动； 3.滚转运动； 4.偏航运动； 5.前后运动； 6.侧向运动；
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行器技术技术难点：
1、低雷诺数气动特性引起的不稳定 2、MAV 的非线性、非定常力学特征 3、MAV 质量小、抗阵风能力弱 4、MAV 承载能力小、续航时间短 5、高度集成的系统电磁干扰问题
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
四轴飞行器是微型飞行器的其中一种，也是一种智能机器 人。
1907 年，法国Breguet兄弟制造了第一架四旋翼式直升机， 这次飞行中没有用到任何的控制，所以飞行稳定性是很差。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
1921年，George De Bothezat在美国俄亥俄州西南部城 市代顿的美国空军部建造了另架大型的四旋翼直升机先 后进行了一架大型的四旋翼直升机，先后进行了100多 次的飞行试验但是仍然无法很好的控制其飞行，并且没 有达到美国空军标准。
微型飞行器技术发展方向： 研究性 ＭＡＶ 的发展
研究中的 15cm 或更小的微型飞行器
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行器技术发展方向： 实用性 ＭＡＶ 的发展
美国应用于难点 | 未来展望
微型飞行器技术发展方向： 实用性 ＭＡＶ 的发展
四旋翼飞行器结构
箭头所指为机头时，电机1 和 电机2 逆时针旋转的同 时，电机3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；
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
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:
关于微型飞行器的简单介绍
电科152 cczulyx
无人机编队飞行
无人机编队需要解决授时和同步、导航和定位、数据、通讯和 抗干扰、路径协调等多个难题
飞行器
直升机 多旋翼
固定翼
四轴飞行器
美国电影《复仇者联盟（Marvel‘s The Avengers）》中的空中航空母舰。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
黑寡妇无人机是微型无人飞行
器。其中最大尺寸15cm、飞行 距离1.5km、续航时间30min、 飞行高度244m。主要是用来作 侦察。
微星无人机，机翼展仅15cm， 只有巴掌大小，空重7克，最 大起飞重量85克，最大飞行速 度为55.6千米每小时，最大航 程将近5KM。主要是用来作侦 察。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
感谢聆听 请老师、同学批评指正！
1、不仅要创新更多构形的 ＭＡＶ ， 2、还要发展更微小的动力装置、 3、能重比更大的微型新能源和转化技术、 4、更轻和具有主动力感知与控制的智能材料、 5、生物量级的传感器、 6、仿生物神经智能控制技术、 7、仿生物对环境的感知识别技术、 8、更微型化的信息传输技术、 9、超微型特种功能装置等。
反过来，微型飞行器的研究不仅推动无人飞行器的发展，也必然促进微系 统技术的发展，促进生物和多学科交叉技术的发展。
1997 年美国国防高级研究计划局(DARPA)正式启动微型飞 行器基础技术研究到现在十多年时间，受到各国许多著名大学和 研究机构的热情响应和探索研究。
微型飞行器
固定翼微型飞行器 扑翼微型飞行器 旋翼微型飞行器
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
四轴飞行器的空气动力原理
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
美国陆军研制的VZ-7，被称做Flying Jeep，有效载荷250KG，425 马力涡轮发动机驱动，容易起飞，但不能满足军方速度和高度要求， 1960年被退还给发明人，美国航空事业先驱-柯蒂斯。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行控制模块
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
飞行器系统结构图
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
姿态解算
常见的算法有下面几种： 1、非线性互补滤波算法 2、卡尔曼滤波算法 3、Mahony互补滤波算法
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飞行器姿态 PID 控制器原理图
微型飞行器（micro air vehicle，MAV）是20世纪 90年代开 始提出的新概念技术。
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1924 年，出现了一种叫做Oemichen的四旋翼直升机， 直升机首次实现了1km 的垂直飞行。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
1956 年，Convertawing造了一架四旋翼直升机，该飞 行器的螺旋桨在直径上超过了19 英尺，用到了两个发 动机，并且通过改变每个螺旋桨提供的推力了来控制飞 行器。
微型飞行器技术发展方向： 实用性 ＭＡＶ 的发展
美国应用于军方的微型飞行器
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
各种微型飞行器类型与系统技术的发展还刚刚开始，人们心目中的微型飞 行器，希望更微小、更灵巧和更智能化，能够像自然界各种各样的鸟类一样自由飞 翔，像蜜蜂、蚊子一样隐秘潜行，具有像蜜蜂一样的视嗅觉与灵感、像飞行生物一 样吃几粒谷就能飞几十公里的能力。 因此，微型飞行器系统技术的发展
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型四旋翼飞控系统总体设计框图
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行器的基本技术指标是：
各向尺寸不超过 150 mm 质量 10~100 g 续航时间 20~60 min 续航速度 30~60 km/h 平台承载质量 1~18g 最大飞行距离1~10 km 可实时传输图像 能自主飞行
微机电系统( MEMS )传感器
微型飞行器系统要尽可能设计的重量轻和体积小，因此，所用 传感器必须超微型化，目前主要采用的是 MEMS 传感器。
MEMS是 微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，芯片尺 寸通常在毫米或微米级。MEMS 传感器是采用微机械加工技术制造的新 型传感器。
MEMS陀螺仪和加速度计
其基本运动状态分别 为： 1.垂直运动； 2.俯仰运动； 3.滚转运动； 4.偏航运动； 5.前后运动； 6.侧向运动；
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
其基本运动状态分别 为： 1.垂直运动； 2.俯仰运动； 3.滚转运动； 4.偏航运动； 5.前后运动； 6.侧向运动；
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行器技术技术难点：
1、低雷诺数气动特性引起的不稳定 2、MAV 的非线性、非定常力学特征 3、MAV 质量小、抗阵风能力弱 4、MAV 承载能力小、续航时间短 5、高度集成的系统电磁干扰问题
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
四轴飞行器是微型飞行器的其中一种，也是一种智能机器 人。
1907 年，法国Breguet兄弟制造了第一架四旋翼式直升机， 这次飞行中没有用到任何的控制，所以飞行稳定性是很差。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
1921年，George De Bothezat在美国俄亥俄州西南部城 市代顿的美国空军部建造了另架大型的四旋翼直升机先 后进行了一架大型的四旋翼直升机，先后进行了100多 次的飞行试验但是仍然无法很好的控制其飞行，并且没 有达到美国空军标准。
微型飞行器技术发展方向： 研究性 ＭＡＶ 的发展
研究中的 15cm 或更小的微型飞行器
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行器技术发展方向： 实用性 ＭＡＶ 的发展
美国应用于难点 | 未来展望
微型飞行器技术发展方向： 实用性 ＭＡＶ 的发展
四旋翼飞行器结构
箭头所指为机头时，电机1 和 电机2 逆时针旋转的同 时，电机3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；
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
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:
关于微型飞行器的简单介绍
电科152 cczulyx
无人机编队飞行
无人机编队需要解决授时和同步、导航和定位、数据、通讯和 抗干扰、路径协调等多个难题
飞行器
直升机 多旋翼
固定翼
四轴飞行器
美国电影《复仇者联盟（Marvel‘s The Avengers）》中的空中航空母舰。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
黑寡妇无人机是微型无人飞行
器。其中最大尺寸15cm、飞行 距离1.5km、续航时间30min、 飞行高度244m。主要是用来作 侦察。
微星无人机，机翼展仅15cm， 只有巴掌大小，空重7克，最 大起飞重量85克，最大飞行速 度为55.6千米每小时，最大航 程将近5KM。主要是用来作侦 察。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
感谢聆听 请老师、同学批评指正！
1、不仅要创新更多构形的 ＭＡＶ ， 2、还要发展更微小的动力装置、 3、能重比更大的微型新能源和转化技术、 4、更轻和具有主动力感知与控制的智能材料、 5、生物量级的传感器、 6、仿生物神经智能控制技术、 7、仿生物对环境的感知识别技术、 8、更微型化的信息传输技术、 9、超微型特种功能装置等。
反过来，微型飞行器的研究不仅推动无人飞行器的发展，也必然促进微系 统技术的发展，促进生物和多学科交叉技术的发展。
1997 年美国国防高级研究计划局(DARPA)正式启动微型飞 行器基础技术研究到现在十多年时间，受到各国许多著名大学和 研究机构的热情响应和探索研究。
微型飞行器
固定翼微型飞行器 扑翼微型飞行器 旋翼微型飞行器
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
四轴飞行器的空气动力原理
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
美国陆军研制的VZ-7，被称做Flying Jeep，有效载荷250KG，425 马力涡轮发动机驱动，容易起飞，但不能满足军方速度和高度要求， 1960年被退还给发明人，美国航空事业先驱-柯蒂斯。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行控制模块
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
飞行器系统结构图
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
姿态解算
常见的算法有下面几种： 1、非线性互补滤波算法 2、卡尔曼滤波算法 3、Mahony互补滤波算法
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飞行器姿态 PID 控制器原理图