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多旋翼无人机系统的组成课件.pptx

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多旋翼无人机系统的组成课件.pptx

上传人:glfsnxh 2022/8/11 文件大小:2.03 MB

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多旋翼无人机系统的组成课件.pptx

文档介绍

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多旋翼无人机的基本组成有机身和起落架、电机(电动机)、电调(电子调速器)、飞控(飞行控制器)、螺旋桨、动力电池、遥控装置(遥控发射器和接收器)等,原理为遥控器发射遥控信号--遥控接收器收到信号力构成拉力。在旋转面内的分量形成阻止螺旋桨旋转的力矩,由发动机的力矩来平衡。对于固定翼来说主要提供的是推力,对于多轴来说提供是的升力。在不超负载的情况下,飞机可以更换很多不同的桨,同样可以飞起来,但是飞行效果和续航时间,却是大相径庭。螺旋桨选得适合,飞行更稳,航拍效果和续航时间都兼得,选得不好可能效果就相反了。
桨叶的剖面和飞机机翼的升力原理
两叶浆和三叶浆
螺旋桨有2、3或4个桨叶,一般桨叶数目越多吸收功率越大。多旋翼飞行器的螺旋桨一般使用两叶浆,同电机类似,螺旋桨也有如8045, 9047等4位数字标示,前面2位代表螺旋桨的直径,也就是长度,单位是英寸。但是要注意,9047是直径9英寸螺旋浆,而1045是直径10英寸螺旋浆。后面两位数是指几何螺距,螺距原指螺纹上相邻两牙对应点之间的轴向距离,可以理解为螺丝转动一圈前进的距离。而螺旋桨的螺距是螺旋桨在固体介质内无摩擦旋转一周所前进的距离。简单来说可以理解为螺旋桨桨叶的“倾斜度”,螺距标称越大倾斜度越大。螺旋桨长度和螺距越大,所需要的电机或发动机级别就越大。螺旋桨的长度越大,某种程度上能够保证飞机俯仰稳定性越高,螺距越大飞行速度越快。四轴飞行器为了抵消螺旋桨的自旋,相邻的螺旋桨旋转方向是不一样的,所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。顺时针旋转的叫正桨(CW)、逆时针旋转的是反桨(CCW)。安装的时候一定记得无论正反桨有字的一面是向上的。
大疆DJI S1000+使用的螺旋桨是可折叠桨,每个螺旋桨由两片1552碳纤维桨叶和一个桨座组成。
5. 飞行控制器
无人机之所以能够在空中自主飞行,就是因为无人机也和人类一样,也拥有一个大脑,那就是无人机的核心-飞控,也称自驾仪。有了这套自驾仪,通过地面端的电脑或者手机就可以控制一架飞机自主起飞、自主导航、自主降落了。
(1)飞行控制原理。飞行控制器简称飞控,飞控内部由一些传感器和多块单片机构成。现在的飞控内部使用的都是由三轴陀螺仪,三轴加速度计,三轴地磁传感器和气压计组成的一个IMU((Inertial measurement unit),也称惯性测量单元。三轴陀螺仪,三轴加速度计,三轴地磁传感器中的三轴指的就是飞机左右、前后、垂直方向上这三个轴,一般都用XYZ来代表。X轴叫做横滚轴,Y轴叫做偏航轴,是Z轴叫做俯仰轴。
飞机的三个运动轴
我们都知道,陀螺在不转动的情况下它很难站在地上,只有转动起来了,它才会站立在地上,或者说自行车,轮子越大越重的车子就越稳定,转弯的时候明显能够感觉到一股阻力,这就是陀螺效应,根据陀螺效应,人们发明出陀螺仪。最早的陀螺仪是一个高速旋转的陀螺,通过三个灵活的轴将这个陀螺固定在一个框架中,无论外部框架怎么转动,中间高速旋转的陀螺始终保持一个姿态。通过三个轴上的传感器就能够计算出外部框架旋转的度数等数据。
三轴陀螺仪示意图
由于成本高,机械结构的复杂,现在都被电子陀螺仪代替,电子陀螺仪的优势就是成本低,体积小重量轻,只有几克重,稳定性还有精度都比机械陀螺高。陀螺仪在飞控中起到的作用,就是测量XYZ三个轴的倾角。三轴加速度计也是XYZ三个轴。当我们开车起步的一瞬间就会感到背后有一股推力,这股推力就是加速度,加速度是速度变化量与发生这一变化时间的比值,是描述物体变化快慢的物理量,例如一辆车在停止状态下,它的加速度是0,起步后,从每秒0米到每秒10米,用时10秒,这就是这辆车的加速度,如果车以每秒10米的速度行驶,它的加速度就是0,同样,用10秒的时间减速,从每秒10米减速到每秒5米,那么它的加速度就是负数。三轴加速度计就是测量飞机XYZ三个轴的加速度。
(2)高度测量。我们日常出行都是根据路标或记忆来寻找自己的面向的,地磁传感器就是感知地磁的,就是一个电子指南针,它可以让飞机知道自己的飞行朝向,机头朝向,找到任务位置和家的位置。气压计是测量当前位置的大气压,我们知道高度越高,气压越低,这就是人到高原之后为什么会有高原反应了。气压计是通过测量不同位置的气压,计算压差来获得当前的飞行的高度。
(3)姿态角度测量。飞控最基本的功能是控制一架飞机在空中飞行时的平衡,是由IMU测量,感知飞机当前的倾角数据通过编译器编译成电子信号,将这个信号实时传输给飞控内部的单片机,根据飞机当前的数据,计算出一个补偿方向,补偿角,然后将这个补偿数据编译成电子信号,传输给舵机或电机,舵机或电机再去执行命令,完成补偿动作