无人机控制原理和模拟飞行

一、飞行小故事

今天给大家介绍无人机在农业方面的应用：植保无人机，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机由飞行平台（固定翼、单旋翼、多旋翼）、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。

植保无人机服务农业在日本、美国等发达国家得到了快速发展。1990年，日本山叶公司率先推出世界上第一架无人机，主要用于喷洒农药。我国南方首先应用于水稻种植区的农药喷洒。2016年，农业植保无人机逐渐成为行业新宠，各地陆续出现使用无人机用于植保的案例。据农业部最新统计，截至2016年6月5日，我国生产专业级无人机的公司有300多家，其中有200多家是植保无人机生产厂家，生产各类植保无人机共178个品种，保有量超过5000架。

二、飞行目标

1、了解四轴飞行器的飞行原理，知道四个螺旋桨的特点。

2、通过模拟飞行，熟练遥控器和飞行状态。

三、飞行所需材料

材料：驾照考试飞机和遥控器。

四、飞行练习

1、四轴飞行器飞行原理

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 上下（高度）控制，就是四个螺旋桨同时增加（减小）转速；

图2 左右两个电机转速不变，前后两个电机，一个转速下降，一个转速上升，可控制飞行器前进与后退

图3 左飞、右飞，改变左右电机转速，保持前后电机转速不变，可以控制飞行器左右飞

行

类似打方向盘，改变航向

图4 前后两个电机的转速上升，左右两个电机的转速下降，类似于打方向盘，改变航向

2、观察四轴飞行器的螺旋桨

看看螺旋桨，发现他的外观有什么特点？螺旋桨高起的那个面叫--------，这种结构可以产生气压差，安装螺旋桨的时候要让电机转动方向和高起的那一面一致。

再观察一下相邻两个螺旋桨有什么特点？

我们发现相邻两个螺旋桨的高起的那一面是相反的，它们能够产生相反方向的反作用力，互相抵消后可以使飞机保持平衡。

试试把螺旋桨装反，它会怎么样？你能把根据电机转动的方向把螺旋桨调整回正确方向吗？

3、模拟训练

现在请大家排成一排，你们手里拿一架飞机。听老师口令，让飞机做出正确的动作。比如老师说：左手摇杆往上推，你要让飞机做出正确的动作，反应要快。找个同伴，互相练习，不能出错哦。

五、飞行总结

与传统的直升机相比，四轴飞行器的优势：各个螺旋桨对机身所产生的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，可以平衡旋翼对机身的反扭矩。同学们要学会判断如何安装螺旋桨，错误的螺旋桨安装方式会导致很严重的后果。