四旋翼飞行器的研究与应用.pdf

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1、第29卷第2期上海工程技术大学学报V01．29No．22015年6月JOuRNALOFSHANGHAIUNIVERSITY0FENGINEER1NGSCIENCEJun．20I5文章编号：1009—444X(2015)02一【】113—06四旋翼飞行器的研究与应用方璇，钟伯成(上海工程技术大学电子电气工程学院，上海201620)摘要：随着自动控制技术的发展，四旋翼飞行器的研究与应用受到广泛关注．综述了四旋翼飞行器的发展现状，分析了四旋翼飞行器的基本原理与结构，探讨了四旋翼飞行器相关的关键技术和应用领域，指出

2、了四旋翼飞行器未来的发展方向．关键词：四旋翼；飞行器；传感器；飞行控制中图分类号：TP391．9文献标志码：AResearchandApplicationofFour—RotorAircraftFANGXuan，ZHONGBocheng(CollegeofElectronicandElectricalEngineering，ShanghaiUniversityofEngineeringScience，Shanghai201620，China)Abstract：Withthedevelopmentofauto

3、maticcontroltechnology，researchandapplicationoffour—rotoraircraftgetswideattention．Thecurrentdevelopmentsituationoffour—rotorwassummarized，thestructureandprinciplewereintroduced，theassociatedkeytechnologiesandapplicationareaswerediscussed，andfuturedevelopm

4、entwerepresented．Keywords：four—rotor；aircraft；sensor；flightcontrol四旋翼飞行器是一种由十字交叉的4个螺旋其结构概括为4个基本模块，分别阐明了各个模块浆组成的6自由度欠驱动系统，又称四轴飞行器．的组成及其作用，分析了四旋翼飞行器工作的2种它是电动的，可垂直起降，且可以实现自主飞行的基本模式以及6种基本运动方式．在综合分析四旋微小型飞行器．四旋翼飞行器的结构对称，4个旋翼飞行器发展历程以及国内外知名大学和公司对翼对称分布在机体的前后左右4个方向上

5、，处于同四旋翼飞行器的研究现状后，分析了四旋翼飞行器一水平高度，且4个旋翼的结构和半径都相同．四的关键技术与现有技术中存在的问题，指出了四旋旋翼飞行器具有体积小、质量轻、结构简单、易控翼飞行器未来的发展方向．制、成本低、有利于小型化无人化等特点．基于这些特点，四旋翼飞行器在军事领域和民用领域得到了1四旋翼飞行器的结构原理广泛的应用，如雷达定位、森林监测、地质勘探、搜索救援和航拍等．四旋翼飞行器的结构一般可分为4个模块：电本研究首先分析了四旋翼飞行器基本原理，将机模块、微控制器模块、传感器模块以及无线通信模收

6、稿日期：2015—01—16作者简介：方璇(1992一)，女，在读硕士，研究方向为智能控制．E-mail：992387655@qq．corn通信作者：钟伯成(1964一)，男，教授，博士，研究方向为计算机网络及网络拥塞控制．E—mail：bczhongl@163．corn上海工程技术大学学报第29卷块，如图1所示．电机模块由4个旋翼、电机和电机上升时，飞行器绕Y轴的另一方向旋转，从而实现驱动器组成；微控制器模块用来实现与其他模块的飞行器的俯仰运动．数据传输并对其进行实时控制；传感器模块由检测3)滚转运动飞行

7、器各种飞行姿态和飞行方向的传感器组成，如滚转运动与飞行器俯仰运动的原理类似，改变加速度传感器、陀螺仪传感器等；无线通信模块一般电机2和电机4的转速，保持电机1和电机3的由无线发射、无线接收和遥控器模块组成．转速不变，则飞行器绕32轴旋转(正向和反向)，实现滚转运动．4)偏航运动飞行器的偏航运动可以借助旋翼产生的反扭矩来实现．当电机1和电机3的转速上升，电机2图1飞行器的一般结构组成和电机4的转速下降时，旋翼1和旋翼3对飞行器Fig．1Generalstructurecomponentsofaircraft的

8、反扭矩大于旋翼2和旋翼4的反扭矩，飞行器便四旋翼飞行器的工作方式分为“+”模式和在富余反扭矩的作用下绕轴转动，实现飞行器的“×”模式两种．“+”模式飞行器的4个旋翼对称分偏航运动，转向与电机1、电机3的转向相反．布在飞行控制板的中轴线上；“X”模式飞行器的45)前后运动个旋翼对称分布在飞行控制板的对角线上．相对于要想实现飞行器在水平面内前后左右的运动，“+”模式，“X”模式飞行稳定性更高，在狭窄的空必须在水平面内