2022年多旋翼飞行器原理.pdf

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1、多旋翼飞行器原理四旋翼飞行器结构与原理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,且四个旋翼的结构与半径都相同, 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与外部设备。结构形式如图 1 、1 所示。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与位置。四旋翼飞行器就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 , 所以它又就是一种欠驱动系统。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - -

2、- - - - - -第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理四旋翼飞行器的电机 1 与电机 3 逆时针旋转的同时 , 电机 2 与电机 4顺时针旋转 , 因此当飞行器平衡飞行时 , 陀螺效应与空气动力扭矩效应均被抵消。在上图中 , 电机 1 与电机 3 作逆时针旋转 , 电机 2 与电机 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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - -

3、-第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理(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。(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

4、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 与电机 4 的转速 , 保持电机 1 与电机 3 的转速不变 , 则可使机身绕 x 轴旋转 ( 正向与反向 ), 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

5、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 与电机 3 的转速上升 , 电机 2 与电机 4 的转速下降时 , 旋翼 1 与旋翼 3 对机身的反扭矩大于旋翼2 与旋翼 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

6、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。首先声明本人也就是菜鸟, 此教程就就是从一个菜鸟的角度来讲解, 现在论坛上的帖子都突然冒很多 名词出来, 又不成体系 , 我自己开始学的时候往往一

7、头雾水,相信很多新手也一样。 所以在这个帖子里面 , 我都会把自己遇到的疑惑逐一讲解。【概述】1、diy 四轴需要准备什么零件无刷电机(4 个) 电子调速器 ( 简称电调,4 个, 常见有好盈、中特威、新西达等品牌) 螺旋桨 (4 个, 需要 2 个正浆,2 个反浆 ) 飞行控制板 ( 常见有 KK 、FF、玉兔等品牌 ) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理电池(11、1v 航模动力 电池) 遥控器 ( 最低四通道

8、遥控器 ) 机架( 非必选 ) 充电器 ( 尽量选择平衡充电器 ) 2、四轴零件之间的接线与简单说明4个电调的正负极需要并联(红色连一起 , 黑色连 1一起), 并接到电池的正负极上 ; 电调 3 根黑色的电机控制线 , 连接电机 ; 电调有个 BEC 输出, 用于输出 5v的电压 , 给飞行控制板供电 , 与接收飞行控制板的控制信号 ; 遥控接收器连接在飞行控制器上, 输出遥控信号 , 并同时从飞行控制板上得到5v供电; 【基本原理与名词解释】1、遥控器篇什么就是通道？通道就就是可以遥控器控制的动作路数, 比如遥控器只能控制四轴上下飞, 那么就就是 1 个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动

9、作路数有: 上下、左右、前后、旋转所以最低得 4 通道遥控器。如果想以后玩航拍这些就需要更多通道的遥控器了。什么就是日本手、美国手？遥控器上油门的位置在右边就是日本手、在左边就是美国手, 所谓遥控器油门 ,在四轴飞行器当中控制供电电流大小, 电流大 , 电动机转得快 , 飞得高、力量大。反之同理。判断遥控器的油门很简单, 遥控器 2 个摇杆当中 , 上下板动后不自动回到中间的那个就就是油门摇杆。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多

10、旋翼飞行器原理2、飞行控制板篇一般简称飞控就就是这个东西了。飞控的用途？如果没有飞控板 , 四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致型等原因形成飞行力量不平衡, 后果就就是左右、上下的胡乱翻滚, 根本无法飞行 , 飞控板的作用就就是通过飞控板上的陀螺仪, 对四轴飞行状态进行快速调整(都就是瞬间的事 , 不要妄想用人肉完成 ), 如发现右边力量大 , 向左倾斜 , 那么就减弱右边电流输出 , 电机变慢 , 升力变小 , 自然就不再向左倾斜。什么就是 x 模式与 +模式？购买飞控的时候老板都要问这个问题, 刷买什么模式的 , 以上就就是区别。X模式要难飞一点 , 但动作更灵活。 +模式要

11、好飞一点 , 动作灵活差一点 , 所以适合初学者。特别注意 ,x 模式与 +模式的飞控安装就是不同的( 我只有 kk 飞控板 , 所以只能讲kk 飞控)。如果飞控板安装错误 , 会剧烈的晃动 , 根本无法飞。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理、选什么飞控好？个人意见初学的先来个kk 飞控吧 , 最便宜 , 尝个鲜够用了。电调篇为什么需要电调？电调的作用就就是将飞控板的控制信号, 转变为电流的大小 , 以控制电机的转

12、速。因为电机的电流就是很大的, 通常每个电机正常工作时 , 平均有 3a 左右的电流 ,如果没有电调的存在 , 飞控板根本无法承受这样大的电流( 另外也没驱动无刷电机的功能 )。同时电调在四轴当中还充当了电压变化器的作用, 将 11、1v 的电压变为 5v 为飞控板与遥控器供电。买多大的电调？电调都会标上多少A,如 20a,40a 这个数字就就是电调能够提供的电流。大电流的电调可以兼容用在小电流的地方。小电流电调不能超标使用。根据我简单测试 , 常见新西达 2212 加 1045 浆最大电机电流有可能达到了5a, 为了保险起见 , 建议这样配置用 30a 或 40a 电调(大家用 20a 电调

13、的也多 ), 说买大一点, 以后还可以用到其她地方去。四轴专用电调就是什么意思？因为四轴飞行要求 , 电调快速响应 , 而电调有快速响应与慢速响应的区别, 所以四轴需要快速响应的电调。其实大多数常见电调就是可以编程的, 能通过编程来设置响应速度。所以其实并没有什么专用一说。电调编程什么意思？首先要说明电调就是有很多功能模式的, 选择这个功能就就是对电调编程。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理编程的途径可以直接将电调

14、连接至遥控接收机的油门输出通道(通常就是 3 通道), 按说明书 , 在遥控器上通过搬动摇杆进行设置, 这个方法比较麻烦 , 但节约。另外, 还可以通过厂家的编程卡来进行设置(需要单独购买 ), 方法简单 , 无需接遥控器。为了保险 , 一定要将购买的电调设置一致, 否则容易难于控制。如 : 电调的启动模式不一样 , 那么有些都转很快了 , 有些还很慢 , 这就有问题了。注: 通过遥控器进行设置电调, 一定要接上电机 , 因为说明书上说的“滴滴”类的声音, 就是通过电机发出来的。 我开始就就是因为没有接电机, 还疑惑怎么没声音 ,以为坏了。无刷电机与螺旋桨篇电机分为有刷电机与无刷电机, 不要买

15、错了 , 无刷就是四轴的主流。它力气大, 耐用。电机的型号含义？经常瞧人说什么 2212电机,2018 电机等等 , 到底就是什么意思呢？这其实电机的尺寸。不管什么牌子的电机 , 具体都要对应 4位这类数字 , 其中前面 2位就是电机转子的直径, 后面 2 位就是电机转子的高度。注意, 不就是外壳哦。简单来说 , 前面 2 位越大 , 电机越肥 , 后面 2 位越大 , 电机越高。 又高又大的电机 ,功率就更大 , 适合做大四轴。通常 2212 电机就是最常见的配置了。什么就是电机 kv 值？每个无刷电机都会标准多少kv 值, 这个 kv 就是外加 1v电压对应的每分钟空转转速, 例如:100

16、0kv 电机, 外加 1v 电压, 电机空转时每分钟转1000转, 外加 2v 电压,电机空转就 2000 转了。桨的型号含义？同电机类似 , 桨也有啥 1045,7040 这些 4 位数字 , 前面 2 位代表桨的直径 ( 单位:精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理英寸1 英寸=254毫米)后面 2 位就是桨的角度。什么就是正反桨 , 为什么需要它？四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋, 相隔的桨旋转方向就是不一样的, 所

17、以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。 适合顺时针旋转的叫正浆、 适合逆时针旋转的就是反浆。安装的时候 , 一定记得无论正反桨 , 有字的一面就是向上的 ( 桨叶圆润的一面要与电机旋转方向一致)。电机与螺旋桨的搭配这就是非常复杂的问题 , 我自己也在研究当中 , 所以建议采用大家常见的配置吧,但原理这里可以阐述一下。螺旋桨越大 , 升力就越大 , 但对应需要更大的力量来驱动; 螺旋桨转速越高 , 升力越大 ; 电机的 kv 越小, 转动力量就越大 ; 综上所述 , 大螺旋桨就需要用低kv 电机, 小螺旋桨就需要高kv 电机( 因为需要用转速来弥补升力不足 ) 如果高 kv 带大桨 , 力量不够 ,

18、 那么就很困难 , 实际还就是低俗运转 , 电机与电调很容易烧掉。如果低 kv 带小桨 , 完全没有问题 , 但升力不够 , 可能造成无法起飞。例如: 常用 1000kv 电机, 配 10 寸左右的桨。电池与充电器篇为什么要选锂电池？同样电池容量锂电最轻 , 起飞效率最高。电池的多少 mah时什么意思？表示电池容量 , 如 1000mah电池, 如果以 1000ma放电, 可持续放电 1 小时。如果以500mh放电, 可以持续放电 2 小时。电池后面的 2s,3s,4s什么意思？代表锂电池的节数 , 锂电池 1 节标准电压为 3、7v, 那么 2s 电池, 就就是代表有 2个 3、7v 电池在

19、里面 , 电压为 7、4v。电池后面多少 c 就是什么意思？代表电池放电能力 , 这就是普通锂电池与动力锂电池最重要区别, 动力锂电池需要很大电流放电 , 这个放电能力就就是C来表示的。如 1000mah电池标准为5c, 那么用 5x1000mah,得出电池可以以5000mh的电流强度放电。这很重要 , 如果用低 c 的电池 , 大电流放电 , 电池会迅速损坏 , 甚至自燃。多少 c 快充就是什么意思？这个与上面的 c 一样, 只就是将放电变成了充电 , 如 1000mah电池,2c 快充, 就代表可以用 2000ma的电流来充电。所以千万不要图快冒然用大电流, 超过规定参数充电, 电池很容易

20、损坏。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理怎么配电池？这与选择的电机、螺旋桨, 想要的飞行时间相关。容量越大 ,c 越高,s 越多, 电池越重 ; 基本原理就是用大桨 , 因为整体搭配下来功率高, 自身升力大 , 为了保证可玩时间 ,可选高容量 , 高 c,3s 以上电池。最低建议1500mah,20c,3s。小四轴 , 因为自身升力有限 , 整体功率也不高 , 就可以考虑小容量 , 小 c,3s 以下电池。( 没玩

21、过 , 不做建议 ) 平衡充电什么意思如 3s电池, 内部就是 3个锂电池 , 因为制造工艺原因 , 没办法保证每个电池完全一致, 充电放电特性都有差异 , 电池串联的情况下 , 就容易照常某些放电过度或充电过度, 充电不饱满等 , 所以解决办法就是分别对内部单节电池充电。动力锂电都有2 组线,1 组就是输出线 (2 根),1 组就是单节锂电引出线 (与 s 数有关 ), 充电时按说明书 , 都插入充电器内 , 就可以进行平衡充电了。机架篇机架的轴长短有没有规定？理论上讲 , 只要 4 个螺旋桨不打架就可以了, 但要考虑到 , 螺旋桨之间因为旋转产生的乱流互相影响 , 建议还就是不要太近 ,

22、否则影响效率。这也就是为什么四轴用 2 叶螺旋桨比用 3 叶螺旋桨多的原因之一 (3 叶的还有个缺点 , 平衡不好做 ) 【实战调试】安装好四轴以后就是需要做一些准备工作的, 这里以我用过的 kk 飞控为例Kk飞控的连接精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理飞控解锁飞控接上电不就是马上可以起飞的, 这就是安全设计 , 所以需要解锁。 (飞控设置略, 很多攻略了 ) 通上电 , 飞控板上的灯就是不亮的 , 只有电调发出的

23、滴滴声 , 将油门打到最低 ( 注意油门方向 , 需要实现确定就是设置的向上为最低, 还就是向下为最低 ), 然后方向舵向右板到底 , 飞控板的灯就会亮 , 电调也不会再继续发声 , 说明准备好起飞了。螺旋桨的安装调试完毕 , 最后安装螺旋桨 , 安装好后 , 第一件事就是拿手上 , 轻加油门 , 瞧瞧就是否风都往下吹 , 电机的旋转就是否就是正转与反转间隔的。如果剧烈抖动,并且升力很小 , 就应该就是正反浆没有安装对。交换一下。如果旋转方向不就是间隔的 , 就需要将电调与电机的连接线1 与 3, 交换一下 , 进行旋转方向校正。次序为 , 先方向 , 后螺旋桨。注意电池过放电调就是可以设置电

24、池低压保护的, 但尽量不要等电调保护的时候才充电, 这样可以延长使用寿命。我怎么知道能正常起飞？一切准备完毕 , 怎么知道可以试飞了呢 , 我个人建议为了避免匆忙上马, 秒炸。先拿手上试飞比较好 , 但要注意离身体距离。拿手上通电 , 加油门, 如果一切正常 , 四轴就是不会大幅度的晃动的 , 而就是比较平稳。还可以故意左右晃动一下 , 会感觉到四轴保持平衡的反力量, 只要达到这个效果, 就基本达到了试飞的条件。 kk 飞控我复位了好几次 , 只要没有意外 , 就是基本都能成功的。试飞场地建议选草坪 , 这样的不容甩坏。我感觉初学者最容易犯的错误就是瞧见一飞高, 紧张了就猛减油门 , 这样就会垂直落地 , 一定要有心理准备 , 只要不伤人 , 在比较高的情况下 , 还就是慢减油门比较好。最后秀一下我做的第一个四轴, 还不完善 , 工艺较差。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 多旋翼飞行器原理精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - - -