第一讲--无人机系统原理和系统组成ppt课件.pptx

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1、无人机系统原理和系统组成课程内容：（1）无人机的系统定义（2）无人机的系统组成和基本原理2.无人机系统定义无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。3.无人机系统组成和基本原理（1）系统组成无人机飞行平台任务装置地面控制站（地面站）发射与回收系统机身动力装置飞行控制系统显示系统控制系统数据传输系统机身固定翼无人机机身一般由epp、epo、玻璃钢、木材等高强度低质量的材质构成。多旋翼无人机机身一般由碳纤维材

2、料作为主要材质。飞控飞控系统用于无人机的导航、定位和自主飞行控制，它由飞控板、惯性导航系统(IMU,、GPS接收机、气压传感器、空速传感器等部件组成飞控系统性能指标要求a)飞行姿态控制稳度:横滚角应小于±3° 俯仰角应小于±3° 航向角应小于±3°b) 航迹控制精度:偏航距应小于±20米、 航高差应小于±20米、 航迹弯曲度应小于±5°。以四旋翼为例：1.结构：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。结构形式如图1.1所示。工作原理四旋翼飞行器

3、通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。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。在上图中，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。（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机

4、的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。（2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降（改变量大小应相等），电机2、电机4的转速保持不变。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转，同理，当电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。（3）滚转运动：与图b的原理相同，在图c中，改变电机2和电机4的转速，保持电机1和电

5、机3的转速不变，则可使机身绕x轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图d中，当电机1和电机3的转速上升，电机2和电机4的转速下降时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞

6、行器的偏航运动，转向与电机1、电机3的转向相反。（5）前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图e中，增加电机3转速，使拉力增大，相应减小电机1转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图b的理论，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。（在图b图c中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿x、y轴的水平运动。）（6）倾向运动：在图f中，由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。例：md4-1000mic

7、rodronesmd4-1000四旋翼系统是一种全球技术领先的垂直起降小型自动驾驶无人飞行器系统，可用于执行资料收集、协调指挥、搜索、测量、通讯、检测、侦查等多种空中任务。机体和云台完全采用特殊的碳纤维材料制造，制造工艺源自德国著名的无人机复合材料公司SCHÜBELER，拥有更轻的重量和更高的强度，折叠式支臂设计更方便运输。md4-1000可以通过遥控器人工操控飞行，也可以借助独一无二的GPSWaypoint系统进行自动驾驶飞行，和md4-200一样，是目前全世界同类无人飞行器产品中唯一可以提供自动驾驶