四旋翼无人机飞行原理

四旋翼无人机飞行原理

四旋翼无人机（Unmanned Aerial Vehicles，UAV）是一种独特的空中航行器，它以无人操纵为特点，可以为其他新兴应用领域，如种植物植物园、拍摄地形等提供服务。下面来看看四旋翼无人机的飞行原理。

四旋翼无人机的原理是基于四旋翼的飞行理论，其主要是四桨叶片转动所产生的升力。囖旋翼的桨叶片是成对的，一对桨叶片又称为一个“转子桨叶”。这些桨叶片的转动可以产生升力来支持无人机的飞行，使其升力大小足以使飞行器支撑起来。

每只四旋翼无人机都会安装上一台电动电机，这台电动电机可以为桨叶片提供驱动力。这台电动电机的转速是可调的，当电动电机的旋转转速变化时，四旋翼桨叶片的转动也会相应的变化。而且，当桨叶片的转速发生变化时，四旋翼的飞行器也会达到不同的飞行效果，比如高低、右拐、左拐等。

此外，四旋翼无人机还可以被控制飞行，具体就是通过控制发动机来控制无人机的每个电动转子叶片的转速和持续时间，从而实现控制飞行的目的。

四旋翼飞行器基本原理

四旋翼飞行器无刷直流电机调速系统的设计 孟磊，蒋宏，罗俊，钟疏桐 武汉理工大学自动化学院、武汉理工大学信息工程学院 摘要，关键字：略 近年来，无人机的研究和应用广泛受到各个方面的重视。四旋翼飞行器作为无人机的一种，能够垂直起落、空中悬停、可适用于各种飞行速度与飞行剖面，具有灵活度高、安全性好的特点，适用于警务监控、新闻摄影、火场指挥、交通管理、地质灾害调查、管线巡航等领域实现空中时时移动监控。 四旋翼飞行器的动力来源是无刷直流电机，因此针对该型无刷直流电机的调速系统对飞行器的性能起着决定性的作用。为了提高四旋翼飞行器的性能，本文设计制作了飞行试验平台，完成了直流无刷电机无感调速系统的硬件、软件设计。通过实验证明该系统的设计是可行的。 四旋翼飞行器平台结构 四旋翼平台呈十字形交叉，有四个独立电机驱动螺旋桨组成。当飞行器工作时，平台中心对角的螺旋桨转向相同，相邻的螺旋桨转向相反同时增加减少四个螺旋桨的速度，飞行器就垂直上下运动；相反的改变中心对角的螺旋桨速度，可以产生滚动、俯仰等运动。结构图如下： 四旋翼飞行器的控制系统分为两个部分：飞行控制系统和无刷直流电机调速系统。飞行控制系统通过IMU惯性测量单位（由陀螺传感器和加速度传感器组成）检测飞行姿态，通过无线通讯模块与地面遥控器通信。4个无刷直流电机调速系统通过I2C总线与飞行控制器通信，通过改变4个无刷直流电机的转速来改变飞行姿态，系统采用12V电池供电。控制系统结构图如下：

无刷直流电机调速系统 无刷直流电动机既具有运行效率高、调速性能好，同时又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的优点，是电机主要发展方向之一，现已成功运用与军事、航空、计算机数控机床、机器人、电动自行车等多个领域。在该四旋翼飞行器上使用了新西达2217外转子式无刷直流电机，其结构为12绕组7对磁极，典型KV值为1400. 通常无刷直流电机的控制方式分为有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。有位置传感器控制方式通过再定子上安装电磁式、光电式或者磁敏式位置传感器来检测转子的位置，为驱动电路提供转向信息。无位置传感器的控制方式有很多，包括磁链计算法‘反电动势法、状态观测器法、电感法等。在各种无位置传感器控制方法中，反电动势法是目前技术最为成熟的、应用最为广泛的一种位置检测方法。本系统采用的饭店董事过零检测法是反电动势法中的一种，通过检测各相绕组反电动势的过零点来判断转子的位置。根据无刷直流电机的特性，电机的最佳转向时刻是想反电动势过零点延迟30电角度的时刻，而该延迟的电角度对应的时间可以有两次过零点时间间隔计算得到。 无刷直流电机调速系统硬件设计 该无刷直流电机调速系统有三相全桥驱动电路、反电势过零电路、电流电压检测电路组成电机驱动器。使用一片ATmega8单片机作为控制器，该单片机内部集成了8kB的flash，最多具有23个可编程的I/O口，输出时为推挽结构输出，驱动能力较强。片上集成了AD 转换器、模拟比较器、通用定时器、可编程计数器等资源。 三相全桥驱动电路利用功率型MOS管作为开关器件，选用P型MOS管FD6637与N型MOS管FD6635搭配使用，设计容量为允许通过的最大电流为30A。FD6637的开关利用三极管9013进行驱动、FD6635的开关直接用单片机的I/O口进行驱动。电路如图3所示。通过R17、R19、R25来减少下管FDD6635的栅极充电电流峰值，防止震荡并保护MOS管；R16、R23、R24作为下拉电阻，保证下关的正常导通与关断；R2、R5、R8作为上管栅极上拉电阻，阻值选择470Ω，既保证了MOS管的开关速率不降低，同时也防止三极管Ic电流过大。A+、B+、C+提供驱动桥的上桥臂的栅极导通信号，分别通过ATmega8的三个硬件PWM通道驱动，通过改变PWM信号的占空比来实现电机调速；A-、B-、C-提供下桥臂栅极驱动信号，由单片机的I/O口控制，只有导通和关闭两种状态。

四旋翼无人机原理以及组装过程

四旋翼无人机原理以及组装过程 1.硬件组成： 机架， 4个螺旋桨， 4个电机， 4个电调， 1信号接收器， 1个飞控板， 1个稳压模块， 一个电池 ?螺旋桨：四个螺旋桨都要提供升力，同时要抵消螺旋桨的自旋，所以需要正反桨，即对角的桨旋转反向相同，正反相同。相邻的桨旋转方向相 反，正反也相反。有字的一面是向上的（桨叶圆润的一面要和电机旋转 方向一致） ?电机：电机的kv值：1v电压，电机每分钟的空转速度。kv值越小，转动力越大。电机与螺旋桨匹配：螺旋桨越大，需要较大的转动力和需要 的较小的转速就可以提供足够大的升力，因此桨越大，匹配电机的kv值越小。 ?电调：将飞控板的控制信号，转变为电流的大小，控制电机的转速，同时给飞控板供电。电调将电池提供的11.1v的电压变为3.3v为飞控板供电。 ?信号接收器：接收遥控器的信号，给飞控板。通过飞控板供电。 ?遥控器：需要控制俯仰（y轴）、偏航（z轴）、横滚（x轴）、油门（高度），最少四个通道。遥控器分为美国手和日本手。美国手油门(摇杆不自动返回)，偏转在左，俯仰，横滚在右。 ?飞控板：通过3个方向的陀螺仪和3轴加速度传感器控制飞行器的飞行姿态。

2.飞行原理 1.1 PID控制（P:比例控制 I:积分控制 D:微分控制）： ?比例控制：将控制器输入的误差按照一定比例放大 ?积分控制:但是处于稳态的系统也会有一定的误差，为了消除稳态下的误差，将稳态下的误差在时间上积分，积分项随着时间的增大会趋于0， 因此积分减少了比例控制带来的稳态误差 ?微分控制：根据输入误差信号的变化率（微分）预测误差变化的趋势，避开被控对象的滞后特性，实现超前控制 ?参数调整：根据被控过程的特性不断调整PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小 1.2运动原理 四轴旋翼分为“+”和“x”型，“+”型飞控板的正前方是旋翼,“x”型飞控板正前方为夹角等分线。如下图为“x”型四旋翼的飞行原理图。 ?俯仰：绕y轴旋转，前低后高爬升,1,2转速减小，3,4转速增大，pitch 为负 ?横滚：绕x轴旋转，2,3转速增大，1,4转速减小，机体右滚，roll值为正 ?偏航：绕z轴旋转，假设2,4顺时针，1,3逆时针，当2,4转速增大，1,3转速减小时，机头右偏，yaw值为正 ?垂直：调节油门大小，四个旋翼的转速同时变大或者变小 pitch yaw roll值分析：

四旋翼飞行器毕业论文

四旋翼飞行器毕业论文 随着科技的不断发展和人们生活水平的不断提高，现代航空技术取得了长足的发展，航空器种类日益丰富，其中四旋翼飞行器也越来越受到人们的关注和喜欢。四旋翼飞行器是一种由四个电动机驱动旋转的旋翼，通过不同旋翼旋转速度的协调，控制飞行器的飞行姿态，实现飞行的目的。它具有体积小、重量轻、机动性好、简单易操作等优势，同时可完成多种飞行任务，如航拍、搜救、越野竞速等。本篇毕业论文将从四旋翼飞行器的发展历程、工作原理以及其在军事和民用领域上的应用等方面进行详细介绍。 一、四旋翼飞行器的发展历程 早在20世纪60年代，美国国防部就开始研制一种可以远距离侦察和无人攻击的，能够垂直起降的飞行器，即直升机无人机。后来随着电子技术的发展，直升机无人机逐渐淘汰，直到四旋翼飞行器出现。 1970年代，欧洲某个国家开始研制一种四旋翼飞行器，以执行监察、识别突发事件、洪灾救援等多种任务。1990年代，美国开始研制四旋翼飞行器，主要用于情报收集和巡逻。而到了21世纪，四旋翼飞行器开始进入了广泛应用的时期，被应用于工业、航拍、救援等不同领域。 二、四旋翼飞行器的工作原理

四旋翼飞行器的工作原理就是通过控制各电机的旋转速度实现不同方向的推力，进而控制飞行姿态。四旋翼飞行器包含四个电机，通过正反转和加减速控制旋翼的旋转速度，以实现飞行。不同的旋翼间通过协调的控制实现整体运动，达到平稳飞行和各种飞行姿态的控制。 三、四旋翼飞行器的应用 四旋翼飞行器在不同领域均有广泛应用，如： 1、民用领域 主要应用于航拍、农业、物流、救援等。在航拍领域，四旋翼飞行器可以飞入空旷的天际，实现高清晰度的照片和视频拍摄。而在农业方面，四旋翼飞行器可以对农作物进行施肥、喷洒农药等工作，提高农业效率。此外，四旋翼飞行器还被应用于物流配送和救援等领域。 2、军事领域 四旋翼飞行器在军事领域的作用主要是情报收集和实施巡逻。四旋翼飞行器可以远程操控，对敌方情况进行监测和侦察，收集有用信息，并可以执行攻击任务。 四、四旋翼飞行器的优缺点 四旋翼飞行器相比其他飞行器，具有以下优缺点： 优点： 1、可垂直起降 与其他飞行器相比，四旋翼飞行器可在较小的空间内起降，因此更加灵活。 2、机动性高

多旋翼无人机飞行原理

多旋翼无人机飞行原理 飞行原理从根上说的话就是系统运动力的来源是什么？在基本组成部分介绍了无人机的动力系统：电调-电机-螺旋桨。 给人最直观的感受就是电机带动螺旋桨转，产生升力。 螺旋桨旋转产生升力的原因，在很多年前伯努利就给出了解释，简单说就是流速大，压强小；流速小，压强大，也就是伯努利定理。

可以看到螺旋桨的桨面并不是平的，旋转时桨面上下的空气流速不一直，会产生向上的推力。 飞行原理 上面我们知道了飞行动力的来源，下面我们来详细介绍下多旋翼无人机的飞行原理。 以四轴飞行器为例。四轴飞行器系统采用位于机臂末端的电机带动螺旋桨旋转产生反作用力方式实现飞行器的控制。单个螺旋桨向下吹动空气产生垂直向上的反作用力，及与旋转方向相反的空气摩擦阻力。 螺旋桨分为正桨和反桨，正桨逆时针旋转向下吹风，反桨顺时针旋转向下吹风。以正桨为例，其旋转时受力如图：

如图所示，红色为螺旋桨逆时针旋转方向，黑色F1 为垂直向上的反作用力， F2 为空气摩擦阻力。 安螺旋桨布局位置不同四旋翼无人机可分为“十”和“X”型结构，以“X”型结构为例，下面分析“X”型结构的飞行原理。 四轴飞行器系统可通过同时调节电机的转速，实现三维空间六自由度的飞行。以四旋翼飞行器质点为原点，机头前方为x 轴正方向，机头右方为y 轴正方向，机体垂直向下为z 轴正方向，满足右手定则建立机体坐标系。

四轴飞行器系统的基本运动可分为绕x 轴的横滚运动、绕y 轴的俯仰运动、绕z 轴的偏航运动以及沿z 轴方向的升降运动。 横滚运动 四轴飞行器系统通过同时加大1 号和4 号电机的转速、减小2 号和3 号电机的转速，产生x 轴两侧的升力差，在理想情况下，2、3 号电机减小的百分比与1、4 号电机增大的百分比相等，以此来保证飞行器系统垂直方向的合力为0，同时产生沿x 轴方向的水平分力，产生横滚角度α。

无人机表演原理

无人机表演原理 近两年来，无人机编队表演相当流行，其实现形式大致可以分为2种。一种是操作员手动遥控，另一种是程序自动控制。目前无人机表演以程序自动控制为主，就价格而言是普通的个人消费不起的，当然“霸总”除外哈。那么无人机表演原理是什么？数百架无人机组成文字图案是怎么做到的？ 无人机表演原理科普：数百架无人机组成文字图案是怎么做到的？ 无人机表演原理 1 无人机表演的原理是利用电磁波的发射和接收来控制无人机向上、下、左、右的飞行，然后根据表演的需要形成合适的编队。编队结束后，大家按照统一口令就可以完成无人机表演。 地面站(无差别)将(相同的)任务绑定到空中机器人，机器人接收任务，并生成(静态或动态)群总体的整体运动轨迹。无序(同质或异质)的空中机器人开始建立交互通信，开始自主编队，编队飞行，成群避障，地面站监控状态。 无人机表演大多用的是四旋翼无人机，其飞行控制能力很强，它可以向前和向后飞行，悬停，平移和调整任何方向的位置。由无人机编队在空中呈现的图形与文字，并不是像显示屏一样把每架无人机当作一个像素，而是依靠不同颜色的变化来渲染图形，其中每架无人机都要飞到指定的位置才能调整灯光。所以无人机表演要提前编好每架无人机的飞行轨迹和位置，包括灯光的控制。这些都是计算机控制的，所以需要提前编程好。 无人机表演作为时下新兴表演形式，其科技化宏大视觉感，能给人留下深刻的震撼体验，在为观众提供飞行表演的同时，

也是一波强势品牌触达。当然，无人机精彩表演离不开飞行技术人员的精心酝酿和设计，也离不开各种高新技术的支持。 空中未来是以前沿无人机技术为驱动的创新型企业，注册资本1800万，国家高新技术企业，无人机同时起飞数量最多的吉尼斯世界纪录保持者（5184架）。目前，空中未来无人机表演团队已在全球110余个城市无失误地完成数千场飞行表演，在各种大中小型活动的承办上都有非常丰富的经验，在业界也有一定排名。

四旋翼无人机起降,转向,平移原理

四旋翼无人机起降,转向,平移原理 四旋翼无人机是一种由四个电动转子驱动的飞行器，它具有起降、转向和平移的能力。本文将分别介绍四旋翼无人机的起降原理、转向原理和平移原理。 一、起降原理 四旋翼无人机的起降原理是通过调整转子的转速来产生升力或下降力。在起飞时，四个转子的转速逐渐增加，产生的升力逐渐超过无人机的重力，使其离开地面。在降落时，转子的转速逐渐减小，降低升力，使无人机缓慢下降并最终落地。 起降过程中，四旋翼无人机通过内置的陀螺仪和加速度计等传感器实时感知自身的姿态和高度，并通过飞控系统调整转子的转速来控制飞行器的升降。 二、转向原理 四旋翼无人机的转向原理是通过调整转子的转速差异来实现。当飞行器需要转向时，它会增加一侧转子的转速，减小另一侧转子的转速，产生的不对称升力会使无人机产生一个向一侧的转向力矩，从而实现转向。通过不同转速的调整，可以实现无人机的各种转向动作。 转向过程中，飞行控制系统会根据飞行器的姿态和目标转向角度，自动调整各个转子的转速，使飞行器平稳、快速地完成转向动作。

三、平移原理 四旋翼无人机的平移原理是通过调整四个转子的转速和倾斜机身来实现。当飞行器需要向前或向后平移时，它会增加前后方向的转子的转速，减小垂直方向的转子的转速，并倾斜机身，产生的气流向后或向前推动无人机实现平移。 当飞行器需要向左或向右平移时，它会增加左右方向的转子的转速，减小垂直方向的转子的转速，并倾斜机身，产生的气流向左或向右推动无人机实现平移。 平移过程中，飞行控制系统会根据飞行器的姿态和平移速度的要求，自动调整各个转子的转速和机身的倾斜角度，使飞行器平稳、精准地完成平移动作。 总结起来，四旋翼无人机的起降、转向和平移原理是通过调整转子的转速和机身的姿态来实现的。通过内置的传感器和飞行控制系统，飞行器可以实时感知自身的状态并做出相应的调整，从而实现各种飞行动作。这些原理的应用使得四旋翼无人机具备了灵活、稳定的飞行能力，广泛应用于航拍、物流配送、农业植保等领域。

四旋翼飞行器无人机结构和原理

四旋翼飞行器结构和原理 1.结构形式 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。 图14四旋翼飞行器的结构形式 2.工作原理 四旋翼飞行器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。

图1.2四旋龔飞厅器沿备自由匿曲运动 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。 （b ）借仰运 动 （小偏毓运 劫

（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。

四旋翼飞行器的设计

四旋翼飞行器的设计 随着科技的不断进步，航空领域也在飞速发展。其中，四旋翼飞行器作为一种独特的无人机形式，越来越受到人们的。本文将详细介绍四旋翼飞行器的设计原理、组成部分和特点，并探讨其在现代生活中的应用和未来发展趋势。 一、四旋翼飞行器的设计原理 四旋翼飞行器是一种具有四个螺旋桨的飞行器，通过调节四个螺旋桨的转速，实现飞行器的上升、下降、前进、后退等动作。其设计原理基于空气动力学、机械力学等多个学科，通过精密的算法和控制系统，保证飞行器的稳定性和可控性。 二、四旋翼飞行器的组成部分和特点 1、组成部分 四旋翼飞行器由机架、电机、螺旋桨、电池、遥控器等部分组成。其中，机架是飞行器的主体结构，用于安装电机、螺旋桨等部件；电机是飞行器的动力来源，通过螺旋桨的旋转产生推力；螺旋桨是传递动力的部件，通过旋转产生升力和推力；电池为飞行器提供电力；遥控器用于控制飞行器的动作和姿态。

2、特点 四旋翼飞行器具有以下特点： (1)结构简单：四旋翼飞行器采用四个螺旋桨结构，相比传统直升机的复杂结构，其维护成本更低，更加适合大规模生产。 (2)稳定性强：四个螺旋桨在空间上对称分布，通过控制系统保证各个螺旋桨的转速和力矩的平衡，从而使得飞行器具有较好的稳定性。 (3)灵活性强：四旋翼飞行器具有六个自由度，可以在三维空间中实现灵活的移动和姿态调整，具有更加广阔的应用前景。 (4)可控性强：通过遥控器和控制系统，可以实现对飞行器的精确控制，包括高度、速度、方向等。 三、四旋翼飞行器的应用场景 1、航拍测绘 四旋翼飞行器在航拍测绘领域具有广泛的应用前景。通过搭载高清相机和传感器，可以实现地形地貌、建筑物等的快速测绘和数据采集。 2、医疗救援

基于四旋翼无人机的课程实践教学

基于四旋翼无人机的课程实践教学 随着科技的不断发展，无人机技术已经成为了当今社会中不可或缺的一部分。在教育 领域，无人机技术也逐渐受到了重视，成为了一种重要的实践教学手段。特别是基于四旋 翼无人机的课程实践教学，不仅可以帮助学生更好地理解飞行原理和航空知识，还能培养 他们的创新思维和实践能力。本文将围绕基于四旋翼无人机的课程实践教学展开讨论，探 讨其在教育领域中的重要性和实践方法。 一、四旋翼无人机的基本原理 四旋翼无人机是一种通过内置的四个电动马达驱动螺旋桨，控制飞行姿态和方向的飞 行器。它通过电调和飞控系统实现对飞行器的精确控制，具有灵活、稳定、机动性好的特点。在进行无人机课程实践教学时，需要让学生了解四旋翼无人机的基本原理和飞行原理，掌握其结构和控制方式。这对于学生深入理解飞行器的工作原理和航空知识具有重要意 义。 1. 提高学生的动手能力和实践技能。通过实践操作四旋翼无人机，学生可以掌握飞 行器的组装和调试技能，提高他们的动手能力和实践操作技能。 2. 培养学生的团队协作能力。在无人机课程实践教学中，通常需要学生组成小组进 行实践操作，这可以促进学生之间的团队协作与沟通能力。 3. 拓展学生的视野和思维。通过实践操作四旋翼无人机，学生可以深入了解无人机 技术的发展现状和应用领域，拓展他们的视野和思维方式。 4. 培养学生的创新意识和实践能力。通过设计和调试飞行器的过程，学生可以培养 创新意识和实践能力，提高他们的问题解决能力和创造能力。 基于四旋翼无人机的课程实践教学不仅可以帮助学生掌握实际操作技能，还能够培养 他们的团队协作能力、创新意识和实践能力，对于学生的综合素质提升具有重要意义。 2. 进行实际飞行训练。组织学生进行实际的飞行训练，让他们亲身体验无人机的飞 行过程，掌握飞行操控技术和飞行原理，提高他们的实践能力和飞行技能。 3. 设计并完成飞行任务。鼓励学生结合课程知识，设计并完成特定的飞行任务，如 航拍任务、飞行竞速等，培养他们的创新意识和实践能力，提高他们的问题解决能力和创 意思维。 4. 进行项目实践和比赛。通过组织学生参加无人机项目实践和比赛，激发学生的学 习兴趣，培养他们的团队协作能力和竞赛意识，提高他们的综合素质和实践能力。

简述四旋翼无人机的飞行原理

简述四旋翼无人机的飞行原理 四旋翼无人机是一种由四个旋翼组成的飞行器，其飞行原理基于空气动力学和动力学原理。本文将简要介绍四旋翼无人机的飞行原理。 四旋翼无人机的飞行原理与直升机类似，都依赖于旋翼的升力产生。旋翼是无人机的关键部件，它通过产生气流来产生升力，使无人机能够在空中悬停、起飞和降落。 四旋翼无人机的旋翼布局是四个旋翼均匀分布在机身四个角落，每个旋翼都由一个电动机驱动，并通过一个螺旋桨产生推力。四个旋翼可以同时或分别调节旋转速度，从而实现无人机的各种飞行动作。 在飞行过程中，四旋翼无人机通过调整旋翼的旋转速度来控制姿态和飞行方向。当四个旋翼的旋转速度相等时，无人机将保持平衡，悬停在空中。当旋翼的旋转速度不同时，无人机将产生一个倾斜力矩，从而改变姿态。 为了实现前进、后退、左右平移等飞行动作，四旋翼无人机可以通过调整旋翼的旋转速度来产生不同的升力分布。例如，如果想要向前飞行，可以增加后方的旋翼旋转速度，使其产生更多的升力，从而使无人机向前倾斜并产生推进力。 四旋翼无人机还需通过调整旋翼的旋转速度来实现转向动作。如果想要向左转，可以增加右侧的旋翼旋转速度，使其产生更多的升力，

从而使无人机产生一个向左的倾斜力矩。通过调整四个旋翼的旋转速度的组合，可以实现无人机在空中的各种飞行动作。 四旋翼无人机还可以通过改变旋翼的旋转速度来调整升力大小，从而实现上升和下降。增加旋转速度可以增加升力，使无人机上升；减小旋转速度可以减小升力，使无人机下降。 四旋翼无人机的飞行原理是通过调整旋翼的旋转速度来控制姿态和飞行方向。通过合理调整旋翼的旋转速度的组合，无人机可以实现在空中的悬停、起飞、降落、前进、后退、左右平移和转向等各种飞行动作。这种简洁而灵活的飞行原理使得四旋翼无人机成为目前应用广泛的一类无人机。

四旋翼无人机的数学模型控制及操作原理

四旋翼无人机的数学模型控制及操作原理 作者：吕传庆陈琪马云波董珮璠 摘要：本文对选择四旋翼无人机为研究对象，用数学建模的方法对其动力及运动状态进行分析，对所建动力学模型上进行PID算法控制，仿真结果很好模拟了真实环境下无人机的飞行姿态。 关键字：四旋翼，建模，PID算法。 引言： 无人机的发展现状及未来趋势: 无人驾驶飞机简称“无人机”，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。在军事上及民用上均有深入发展。军事上以其体积小、重量轻、机动性好、飞行时间长和便于隐蔽为特点，适合于执行危险性大的任务，已逐渐成为新世纪军事竞争的制高点之一，随着信息时代的发展，现代信息化战争正朝着高精度，高杀伤，高重复利用，隐蔽性方面发展，无人机以其特殊优势很好适应了未来战争中提出的要求，正发挥着越来越大的作用，成为军队实现信息化作战及特种作战的有力武器。能研制高精尖无人机的国家屈指可数，其中美国处于领先地位，作战无人机包括RQ-1捕食者”，”MQ-9“死神”(Reaper)，RQ-5“猎手”等；侦察机包括RQ-4A“全球鹰”，RQ-8A“火力侦察兵”等。美国曾在伊拉克战争，阿富汗战争中用无人机完成各种监视侦查，目标指示等任务，提供大量情报支持，表现突出，有力的减小了美军伤亡，因此无人机受到美军军事部门高度重视。现已发展至舰载无人机x-47b。中国无人机水平也处于世界领先水平，以能研制各种功能齐全的无人机。如三角翼布局的暗剑无人机，和与捕食者无人机相当的翼龙、彩虹系列无人机。其中彩虹系列无人机和翼龙系列无人机不但在本国服役，还成功出口到中东及非洲国家，例如伊拉克，埃及，阿联酋。并在伊拉克投入到对于极端组织的打击，完成了首次实战。在民用方面，无人机还广泛用于农业，通信救灾，地形勘探等方面。如今互联网时代的到来，网购成为越来越多90后的选择。无人机在快递行业局域光辉前景，无人机的发展将给快递行业带来革命性变化。所以无人机行业的发展无论对于军队装备发展还是经济发展均具有重要意义。 四旋翼无人机的特点： 1、机动性能，低空性能出色。能在城市，森林等复杂环境下完成各种任务。可完成空中悬停监视侦查。实现对动力要地低，能在狭小空间穿行，能垂直起降，对起降环境要求低。 2、对动力要求较小，产生的噪音低，隐蔽性高，安全性能出色。四旋翼无人机采用四个马达提供动力，可使飞行更加稳定和精确。工作噪音小，军事上可提高战场生存能力，民用上不会影响居民生活。 3、结构简单，运行、控制原理相对容易掌握。 4、成本较低，零件容易更换，维护方便。 5、功能强大，可完成情报获取，战场侦查，通信中继，目标跟踪，航拍成像，

电子设计大赛四旋翼设计报告最终版

四旋翼飞行器〔A 题〕 参赛队号：20140057号 四旋翼飞行器 设计摘要： 四旋翼作为一种具有构造特殊的旋转翼无人飞行器，与固定翼无人机相比，它具有体积小，垂直起降，具有很强的机动性，负载能力强，能快速、灵活的在各个方向进展机动，构造简单，易于控制，且能执行各种特殊、危险任务等特点。 因此在军用和民用领域具有广泛的应用前景如低空侦察、灾害现场监视与救援等。多旋翼无人机飞行原理上比拟简单，但涉及的科技领域比拟广，从机体的优化设计、传感器算法、软件及控制系统的设计都需要高科技的支持。 四旋翼无人机的飞行控制技术是无人机研究的重点之一。它使用直接力矩，实现六自由度〔位置与姿态〕控制，具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性。此外，由于飞行过程中，微型飞行器同时受到多种物理效应的作用，还很容易受到气流等外部环境的干扰，模型准确性和传感器精度也将对控制器性能产生影响，这些都使得飞行控制系统的设计变得非常困难。 因此，研究既能准确控制飞行姿态，又具有较强抗干扰和环境自适应能力的姿态控制器是微小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究的当务之急。 一、引言： 1.1 题目理解：四旋翼飞行器，顾名思义，其四只旋转的翅膀为飞行的动力来源。四只旋转翼是无刷电机，因此对于无刷电机的控制调速系统对飞行器的飞行性能起着决定性的作用。在本次大赛中，需要利用四旋翼飞行器平台，实现四旋翼的起飞，悬停，姿态控制，以及四旋翼和地面之间的测距等功能。

以往做的核心板较大，所需的电路较多，考虑到四轴飞行器的轻便，故而不太是一个很理想的选择。 方案二：主控板使用STM32。STM32板子的I/O口很多，自带定时器和多路PWM，可以实现的功能较多，符合实验要求。Stm32迷你板在体积和重量上也不是很大，对飞机的载重量要求不是很高。 综上所述，我们一致决定使用STM32 MMC10作为此次大学生电子竞赛的主控板。 2.2 飞行姿态的方案论证： 方案一：十字飞行方式。四轴的四个电机以十字的方式排列，*轴和y轴成直角，调整俯仰角和翻滚角的时候分开调整，角度融合简单，适合初学者，能明确头尾，飞行时机体动作精准，飞控起来也容易。 方案二： *行飞行方式。四轴的四个电机以*字的方式排列，灵活性和可调性较高，调整的时候应该相邻两个融合调节，融合复杂。*型飞行方式非常自由灵活，旋转方式多样，可以把戏飞行，也可以做出很多高难度动作，但是控制上相比照拟困难。 综合以上两种方案鉴于我们是初次尝试，所以选择了方案一。 2.3 角度测量模块方案论证 方案一：光纤陀螺仪。光纤陀螺仪是以光导纤维线圈为根底的敏感元件，由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播。光传播路径的变化，决定了敏感元件的角位移。光纤陀螺仪寿命长，动态围大，瞬时启动，构造简单，尺寸小，重量轻，但是本钱较高，鉴于我们这是初次尝试，需要屡次实验，破坏较大。

四旋翼飞行器运动原理

题目：基于单片机的四旋翼飞行器的设计 第一章引言 1.1 研究的背景与意义 随着当今社会日益信息化和智能化，人们对于如何轻量化、便携化获取信息的需求日益增加，通过四旋翼飞行器来更为直观有效地观察周围、获取信息已经在货物运输、监控安保、抗震救灾等多方面投入使用，并取得较为良好的效果。四旋翼飞机由于起飞和着陆的空间需求较小，在有障碍物的密集环境下的高操纵能力，以及保持飞机姿态的能力，在民用和军用领域都有广泛的应用[1]。 由于四旋翼飞机具有垂直升力、承载飞行、控制方便等特点，引起社会各个层次日益广泛的应用[2]。由于姿态的改变将引起姿态的变化，故控制部分主要包括姿态的控制和位置的控制两个方面。通常情况下人们使用经典的PID算法来控制飞行姿态，进一步控制飞行的位置，从而达到稳定飞行的目标。 1.2 四旋翼飞行器概述 四旋翼飞机最早出现在20世纪80年代，但由于当时社会生产力不足以及科学技术水平较低，还没有开发出相应的产品。因为当时电子元器件和相关制造技术的限制，绝大多数的飞行器产品仍处于实验测试阶段，并没有真正投入生产应用。 二十一世纪初，随着微电子器件、芯片制作工艺的发展，飞行运动原理及数学建模和自动控制技术的不断发展和进步，在实际应用平台上运用了更加先进和稳定的控制算法。这些程序命令由微控制器进行分析，控制变量被应用到相应的执行机制中。旋翼机控制技术的显著成就，推动了飞机商业化、产业化的研究方向，在社会各个领域均具有广阔的应用前景。 四旋翼飞行器是一种在三维空间中进行飞行，完成指定任务的机器，具有六个活动自由度。通过控制四台电机的转速，实现飞行姿态的控制,实现平稳飞行的要求[4]。基本的飞行姿态可以实现，如向前、向后、平移等。 1.3 本课题的研究思路 本文的核心是四旋翼飞行器的整体设计，整个过程包括调研阶段、硬件设计、算法研究、论文撰写四个阶段，而又可细分为查阅资料、Altium Designer绘制学习、方案论证与算法设计、实验记录、论文纲要制定、论文撰稿与修改等过程，详细的研究思路如下图1.1所示: 图1.1 研究流程图

8 无人机一文读懂无人机飞行原理

2018-01-01原文 来源：小小马带你学 一、无人机的飞行原理 旋翼和轮子一样，是一项奇怪的制造。 四旋翼无人机更是化作了航拍机，满足了很多一般人关于天空的想象。 旋翼之所以能飞，玩过竹蜻蜓的伴侣该当都晓得：当手的搓动给了竹蜻蜓一个旋转的速度后就会产生升力，让竹蜻蜓起飞。 同理，多旋翼无人机也是由电机的旋转，使螺旋桨产生升力而飞起来的。比如四旋翼无人机，当飞机四个螺旋桨的升力之和等于飞机总分量时，飞机的升力与重力相平衡，飞机就可以悬停在空中了。

小时候看漫画，看到哆啦A梦和大雄头戴竹蜻蜓拘束的在空中飞行，就特殊想和他们一样，可以飞行在空中，俯瞰大地。 但是假如现在真有人制造出一模一样的竹蜻蜓，我确定是不情愿戴的。由于飞起来的效果是这样的： 螺旋桨疯狂旋转，人也向反方向疯狂旋转...... 大雄整个人都转蒙逼了，还怎样能跟静香一起看风景呢？ 依据牛顿第三定律，旋翼在旋转的同时，也会同时向电机施加一个反作用力（反扭矩），促使电机向反方向旋转。这也是为什么现在的直升机都会带一个「小尾巴」，在水平方向上施加一个力，去抵消这种反作用力，保持直升机机身的稳定。 而回到四旋翼飞行器上，它的螺旋桨也会产生这样的力，所以为了避开飞机疯狂自旋，四旋翼飞机的四个螺旋桨中，相邻的两个螺旋桨旋转方向是相反的。 如下图所示，三角形红箭头表示飞机的机头朝向，螺旋桨M1、M3的旋转方向为逆时针，螺旋桨M2、M4的旋转方向为顺时针。

当飞行时，M2、M4所产生的逆时针反作用力（反扭矩）和M1、M3产生的顺时针反作用力（反扭矩）相抵消，飞机机身就可以保持稳定，不会像大雄那样「疯狂」自转了。 不只如此，多轴飞机的前后左右或是旋转飞行的也都是靠多个螺旋桨的转速把握来实现的： 垂直升降 这个很好理解，当飞机需要上上升度时，四个螺旋桨同时加速旋转，升力加大，飞机就会上升。当飞机需要降低高度时同理，四个螺旋桨会同时降低转速，飞机也就下降了。 之所以强调同时，是由于保持多个旋翼转速的相对稳定，对保持飞行器机身姿态来说格外重要，看了之后的讲究你就会明白了~ 原地旋转 上面已经说了，当无人机各个电机转速相同，飞机的反扭矩被抵消，不会发生转动。 但是当要飞机原地旋转时，我们就可以利用这种反扭矩，M2、M4两个顺时针旋转的电机转速添加，M1、M3号两个逆时针旋转的电机转速降低，由于反扭矩影响，飞机就会产生逆时针方向的旋转。