多旋翼无人机理论分析课件.ppt
多旋翼无人机理论培训,第一章：概述第二章：飞行原理第三章：旋翼机飞控的安装调试第四章：旋翼无人机航拍应用第五章：Li电池的维护和保养,第一章：概述,1.1 无人机的定义 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。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。,第一章：概述,1.2 无人机的分类 无人机可按飞行平台构型、用途、尺度、活动半径、任务高度等方法进行分类。按飞行平台构型分类：固定翼、旋翼机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机。按用途分类：军用和民用两大类 按尺度分类（民航法规）：微型(空机质量小于等于7Kg的无人机）、轻型（空机质量大于7Kg，小于等于116kg）、小型（空机质量小于等于5700kg）、大型无人机（空机质量大于5700kg）。,第一章：概述,1.2 无人机的分类 按活动半径分类：超近程(活动半径在15km以内）、近程（活动半径在15-50km之间）、短程（活动半径在50-200km之间）、中程（活动半径在200-800km之间）和远程（活动半径大于800km）按任务高度分类：超低空(任务高度在0-100m之间)、低空（100-1000m之间）、中空（1000-7000m之间）、高空（7000-18000m之间）、超高空（大于18000m）。,多旋翼飞行器的飞行原理,2.1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。（以十字型为例）2.2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。,多旋翼部件（以四轴为例）,无刷电机（4个）电机型号：6210/380kv 动力总成 电子调速器（4个）螺旋桨（4个，两正两反）控制系统 飞行控制器（飞控）遥控器 动力储备 电池 充电器结构件：机架,四轴旋翼飞行原理,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。,四轴旋翼飞行原理,（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。,四轴旋翼飞行原理,（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。,四轴旋翼飞行原理,（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。,旋翼机飞控的安装调试,1.零度双子星产品介绍 产品清单,第四章 航拍旋翼机飞行,4.1无人机安全飞行要领 1）、航拍目标进行拍摄前，应对飞行器起飞场地进行选择。场地应尽可能的平整、空旷。不要从电杆、树木下进行起飞。2）、对大型目标进行拍摄时，尽可能的了解（如驾车、步行等方式）目标周边空域情况。对手机基站、无线电基站、雷达基站、高压线等干扰源进行记录，飞行时远离干扰源（高压线对飞行器飞控IMU、图传、遥控信号均会产生不同程度干扰）。3)、规划飞行航线时，不要从人口密集地方飞过（飞行器失事仅仅是经济损失，锋利的螺旋桨划伤人就是重大损失），非镜头需要不要从水库、江河、湖泊等地方飞过（航拍作业所有数据存储于SD卡上，飞行器失事会导致前面的的数据全部丢失）。,4.1无人机安全飞行要领 4)、当风速高于四级风（5.5-7.9m/s)建议不进行航怕作业。5)、雨天建议不进行航拍作业，如特殊要求需在雨天进行拍摄，必须对飞控、电调、飞行器马达、相机、云台马达做防水处理。6)、航拍作业时，你需要全神灌注对飞机进行操作。在市区航拍可能会引起其他无关人员的好奇心。会对飞手、云台手及助理进行各种询问，请无视他们。并维护好操作现场的秩序，给工作人员留出好的操作空间。避免无关人员与工作人员进行身体接触（有时候会出现有人轻拍飞手手臂进行询问的情况）。,4.1无人机安全飞行要领 7)、对山区进行拍摄时，起飞升空后你需要在监视器上仔细辨认飞行器起飞点，了解大概位置。当飞行器飞远后在回航途中起飞点会隐藏于绿色植物中，此时就无法找到降落点（起飞点与降落点是同一地方）。8)、对峡谷进行航拍时，随时了解峡谷内风速情况，飞行器的安全下降速度为1.5m/s。由于峡谷对空气流有聚拢作用，峡谷外可能微风，通过峡谷的聚拢作用风速会上升。当上升气流速度达到1.5m/s时，此时下降速度同上升气流速度抵消，飞行器会保持高度无法降落。,4.1无人机安全飞行要领 9)、对于特别复杂的拍摄环境（如高楼、烟囱、塔等），需指派一名观察员。随时了解飞行器的方位，避免撞上大型障碍物。切勿绕到大型障碍物后方，如果障碍物够大。此时飞行器的图传、遥控器信号会全部消失。10)、飞行器从高楼群里（如解放碑）起飞时，请使用姿态模式。在高楼群里，GPS可能无法搜到信号，即使能搜到大于6颗卫星的信号顺利起飞，也不能保证在飞行途中卫星信号不丢失。由于姿态模式与GPS模式控制方式的不同（GPS可悬停，姿态模式无法悬停），频繁的自动切换两种姿态模式可能会引飞行器失事。,4.2无人机地面检查操作规范和要领良好的地情检查是飞行安全的保障，减少安全事故，延长设备使用寿命。（一）起飞前基础检查 飞行器起飞前你需要做好如下检查 1、监视器上电，检查监视器电量是否充足。2、遥控器发射机开机，检查遥控器电量是否充足。3、检查每一块飞行器使用的动力电池电量是否充足，电池有无鼓包胀气现象。,（一）起飞前基础检查4、展开飞行器，检查飞行器螺旋桨、电调、马达是否完好。螺丝是否有松动现象（飞行器飞行时产生高频振动，可能会使螺丝松动）。检查飞行器机架结构是否完整。云台防分离卡扣是否锁死。（特别检查highonepro力臂转动螺丝是否松动、云台重心调整好）5、检查GPS天线方向是否与机头一致，如图GPS天线方向与机头方向存在夹角，逆时针旋转即可。6、电量显示报警器是否插于飞行器 动力电池的平衡口。,（二）飞机起飞前通电顺序和降落后断电顺序,飞机起飞前，应先开遥控器电源再开飞机电源，因为先开飞机，飞机有机会接收到其他信号。飞机降落后应先关闭飞机电源再关闭遥控器电源 1.如果降落点和起飞点的水平距离超过20米，请注意此时飞机的水平高度为0，此时自动返航的话飞机将上升到设置的返航高度，但由于此时飞友准备去关飞行器的电源，手臂和飞机距离太近，飞机的突然起飞极大可能导致飞友的手臂被突然转动的螺旋桨割伤；如果飞友先去收拾可以折叠的桨叶，将直接导致手指被突然转动的螺旋桨割伤；假如此时飞友还没去靠近飞机，飞机突然起飞，飞友在不知情的情况下误认为飞机要飞走了，慌忙之下可能用手去拉飞机脚架，可能是第一次用手拉起飞过程中的飞行器，极大可能因为操作不当导致手臂被螺旋浆割伤。2.如果降落点和起飞点的水平距离在20米之内，飞机将没有什么反应，原因是返航（包括一键返航，失联返航，低电量返航）过程中飞机水平距离低于20米，将竖直降落，而此时飞机的高度为0，所以不会有什么反应。,（三）起飞前的通电检查 打开遥控器器电源（打开前将油门保持在低位），监视器电源，相机电源。飞行器上电后检查LED模块闪灯序列，如为 证明飞控系统初始化正常。再观察监视器有无图像传出，有图像及证明云台初始化正常。（四）飞行器的磁场校准 每天进行拍摄任务时第一个起落，应对飞行器进行磁场校准。当更换拍摄场地，且场地与第一个起落场地直线距离大于100km时，请进行磁场校准。,飞行器校准方法：（手机地面站校准）1.遥控器切到手动模式，油门收到底。2.点击“设置”页签，进入“设置”界面，如图所示。3.点击“磁罗盘”，弹出执行校准对 话框，如图所示。4.选中“水平校准磁罗盘”，点击“确 定”，进入水平校准环节。如果不 想继续执行，可以选择“放弃”并 确定。,飞行器磁罗盘校准方法：5.水平校准：将飞行器放平（姿态误差在 5 度以内，可以用手抱着），然后缓慢地转两到三圈。转动过程中，保证外接 LED 灯蓝灯常亮，否则，须重新调整好飞行器后，再继续转动。垂直校准：将飞行器的机头垂直朝下（姿态误差在 5 度以内），然后缓慢地转两到三圈。转动过程中，保持蓝灯常亮。否则，先停下 来，调整好飞行器后再继续转动。等待飞控处理记录下来的磁数据。处理过程中紫灯长亮，紫灯熄灭后，校准结束。地面站会自动切换到遥控界面，显示一 蓝一红两个圆圈，如下图所示。如果红蓝两圈基本重合，说明校准成功；如果不是，需要重新执行一次校准操作。,图依次为优、合格、不合格,（五）飞行器的保养 飞行器使用时间较长后，中心板等角落会积累灰尘，需要定期将设备进行拆卸对角落灰尘进行清理。此外飞行器螺丝使用时间过长由于重庆地区空气湿润，易产生锈蚀，需要进行更换。马达与电调的接头处，由于长期的振动，需要不定期的进行维护。,五、Li电池的保养问题1）、新电池的正确认识一般出厂的模型锂电池，电压保存在3.75-3.85V左右，这个是最佳的保存电压。拿到新电池，如果每片电池电压不平衡可以用小电流单独对电压低的那一片电芯充电，等待电量跟其余的电芯一样时，再整组电池充电，充满后，再用小电流放电，如此两三个循环，一般几个循环下来，电池的电压就能保存一致了。这是存储中造成的电压不平衡，而不是电池本身有问题。,2）、电池保养方法.避免满电存储。长期不使用时，应将锂电池取出，置于阴凉干燥处。切不要进行冷冻，避免水气侵蚀。避免放在高温的汽车内使用。如长时间保存，将电池充到40后放置，或者电压保存在3.75-3.85V之间。、给电池充电，最好用小电流来充电，一般用0.5C-2C充电，小电流刺激性小，能更好的维护电池。、避免过充过放，一般设置的充电截止电压为：4.25V，放电截止电压为：3.6V左右，放电的截止电压，还要根据实际情况来定，比如玩暴力3D，那么放电的截止电压最好设置在3.4V左右，低于这个值，很容易由于瞬间的过放而造成整组电池过放,
