2.1 旋翼无人机系统讲解.ppt

实景三维建模

3DRealSceneModeling;第2章无人机系统;目录Contents;2.1.1系统组成;2.1.1系统组成;2.1.2控制原理;2.1.2控制原理;2.1.2控制原理;多旋翼飞行器是通过调节多个电机转速来改变螺旋桨转速，实现升力的变化，进而达到飞行姿态控制的目的

以四旋翼飞行器为例，飞行原理如下图所示，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，因此飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应全被抵消。与传统的直升机相比，四旋翼飞行器的优势：各个旋翼对机身所产生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。?;多旋翼飞行器可以通过调节不同电机的转速来实现4个方向上的运动，分别为：

垂直

俯仰

横滚

偏航;运动状态：

从飞行要求来看，多旋翼无人机应具备空间六个自由度和三个可控的基本运动状态。

三个可控的基本运动为：垂直运动、水平直线运动（前后/侧向飞行）、水平转动。

控制运动状态的参数有：飞行高度，垂直速度、平飞速度，俯仰角，滚转角，偏航角。;1.垂直运动

垂直运动控制较为简单，同时增加四个电机的输出功率，增加螺旋桨转速，使得总的拉力增大，无人机垂直向上飞行；反之，则垂直向下飞行。

垂直运动控制时，可将飞行高度、垂直速度作为控制状态参数。设定期望高度、期望垂直速度，采用一定控制方法（PID/模糊控制等），同时调整四个电机的功率，改变螺旋桨拉力，对飞行高度与垂直速度进行调整。;2、水平直线运动（前后/左右运动）

水平直线运动：可分为前后运动与侧向运动，由于四旋翼无人机具有轴对称性，因此前后运动与侧向运动在操控方式上相同。

以前后运动为例，分别减小和增加前后螺旋桨的转速，产生拉力差，形成低头力矩，使机身低头，产生拉力的前向分量，使无人机向前运动；向后飞行类似。

水平前后运动控制时，可将俯仰角、水平速度作为控制状态参数。设定期望俯仰角、期望水平速度，采用一定控制方法（PID/模糊控制等），同时增加、减小前后两个电机的转速，使前后两个螺??桨产生拉力差，对机身产生低头或抬头力矩，从而实现对俯仰角和水平速度的调整。;3、水平转动

四旋翼无人机的水平转动可以借助螺旋桨产生的反扭矩来实现。反扭矩的大小与螺旋桨转速有关，当四个螺旋桨转速相同时，反扭矩互相平衡，无人机不发生转动；当四个螺旋桨转速不同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼无人机的水平转动。

水平转动控制时，可将偏航角作为控制状态参数。设定期望偏航角，采用一定控制方法（PID/模糊控制等），改变四个螺旋桨的转速，使四个螺旋桨产生的反扭矩不能相互平衡，对机身产生扭转力矩，从而实现对偏航角的调整。;多旋翼无人机的三个基本运动状态控制之间存在严重的耦合。某个基本运动状态控制时对螺旋桨转速产生的改变，极有可能破坏其他基本运动状态的平衡与稳定。因此，多旋翼无人机飞行时，应同时对三个基本运动状态进行控制，以保证飞行控制的全局稳定。;;TheEnd

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