多旋翼无人机振动传递路径分析

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无人机应用知识：无人机多旋翼控制系统分析与设计

无人机应用知识：无人机多旋翼控制系统分析与设计随着无人机技术的发展和应用领域的扩大，无人机控制系统及其相关技术已经成为无人机研究和应用中不可或缺的一部分。

本文旨在分析和探讨无人机多旋翼控制系统的基本原理、工作过程以及相关的设计方法和技巧。

一、多旋翼控制系统基本原理多旋翼无人机控制系统可以分为四个部分：传感器、控制器、执行机构和电源。

其中传感器负责获取无人机的运动状态数据，控制器则根据传感器数据计算出运动控制信号，执行机构负责根据控制信号对无人机进行控制，电源则提供控制系统和执行机构所需的能量。

在多旋翼控制系统中，最基本的控制方式是PID控制。

PID控制根据当前偏差量，即参考信号和实际输出的差值，通过比例积分微分计算出控制信号，然后输出给执行机构对无人机进行动态调整。

二、多旋翼控制系统工作过程在多旋翼无人机起飞时，传感器系统通过加速度计、陀螺仪等获取无人机的各项运动参数，控制器则根据这些传感器数据计算出控制信号，通过电调控制无人机电机工作，从而完成飞行动作。

控制器系统根据预设好的姿态角和控制策略计算出欲输出的控制信号，该控制信号会载波调制，以无线电的方式传输给无人机上面的电调（电调是用于调节电机的电压、电流和功率，控制电机加减速的装置），电调接收到控制信号后再将处理后的指令信号传递给电机，从而实现对无人机运动状态的调整。

三、多旋翼控制系统设计方法与技巧1、传感器选择：重要的无人机传感器包括加速度计、陀螺仪、罗盘等。

这些传感器需要具备高精度、高稳定性、低功耗等特点，才能保证控制系统的准确性和鲁棒性。

2、控制器算法优化：为了更好的控制无人机，需要考虑采用更加高效、准确的PID算法。

一般来说，需要优化参数、增加控制算法等方法来提升控制算法的性能。

3、执行机构选择：执行机构包括电机、电调等。

需要考虑其所需要的功率、重量、响应速度等因素，以及相关的信号输入接口和管理软件等因素，才能满足无人机的特定需求。

4、系统稳定性：为了保证无人机控制系统的稳定性，需要对传感器、控制器和执行机构等部分进行调试和验证。

无人机遥测飞行中振动测试探讨

无人机遥测飞行中振动测试探讨摘要介绍遥测技术发展现状，对无人机探测技术进行简介。

提供一种航天器微振动测试的研究方法，为无人机飞行中的振动测试以及成像质量的影响分析提供参考。

对比分析实际飞行中进行振动测试和利用振动测试系统进行振动测试两种测试方法，得出利用振动测试系统进行测试更加方便实用。

关键词无人机探测技术;振动测试;成像质量引言随着人们对图像分辨率的要求逐渐增加，使敏感设备对振动的敏感度也越来越高，诸如包括光学相机等。

这些设备的成像质量受到振动的影响，并且高分辨率遥感卫星等高性能航天器的发展受到严重制约。

因此，无人机摄像时成像模糊的问题亟待解决。

当前的研究成果多局限于微振动对成像质量影响的檢测、分析及抑制方法等，而在航空拍摄过程中，无人机受到其飞行过程中的振动和气流波动影响，使遥感摄像机成像模糊。

因此，为确保成像质量，无人机需安装一套良好的减振装置，保证其正常工作。

为了验证减振装置的效果，就需要对无人机在飞行过程中的振动情况进行分析。

据此，本文针对无人机飞行中的振动问题进行探讨。

1 无人机简介我国遥感探测技术中的航空遥感技术，对我国环境监测、资源勘查、地图测绘等领域的发展及研究具有重要意义。

遥感技术是一种目标探测技术，具有远距离、非接触性的特点，该技术通过对目标进行探测，获取探测数据，并对数据进行处理，实现对目标的定位、定性、定量和变化规律的描述。

航空遥感指的是借助无人机等飞行设备作为传感器载体在高、中、低三种不同的空中距离中进行的遥感对地探测。

无人机指用于航空遥感的各类飞机，根据飞机翼型氛围固定翼、旋转翼（直升）飞机;根据飞机作业高度分为高空或中、低空飞机等。

无人机主要作为遥感平台，根据实际需求安装相应传感器及摄像设备。

一般情况下，为了便于对地观测，在机腹设置大小、形状不同的窗口。

比如，用于航拍的多种类型摄像机，各种型号扫描仪、辐射计、测高仪等等。

中科院两架“奖状S/Ⅱ”型遥感飞机，是1986年由美国塞斯纳飞机公司生产的小型公务机改装而成的专业科学试验飞机。

多旋翼无人机远程控制实践- 习题及答案汇总全权第1--8章绪论 --- 避障控制器设计实验

第1章绪论一、填空题1.按飞行环境和工作方式的不同，飞行器可以分为航空器、航天器、火箭和导弹。

2.无人驾驶飞机是由动力驱动、机上无人驾驶的航空器，简称“无人机”。

3.多旋翼主要有两种控制方式：半自主控制方式和全自主控制方式。

4.直升机有四个控制输入，分别是一周期变距杆、总距操纵杆、航向、油门。

5.无论从教育还是科研的角度来看，多旋翼系统都是一个非常好的研究对象。

二、简答题1.“无人机”与“航模”之间有什么区别？答：（1）组成不同。

一般来说，小型无人机的组成比航模更复杂。

无人机系统由机架、动力系统、自驾仪、任务系统、通信链路系统和地面站等组成。

航模主要包括机架、动力系统、简单的自稳系统、遥控器及接收系统等。

⑵操控方式不同。

无人机是由机载电脑自动控制或者是由地面或其他飞机上的飞行器操纵人员远程控制，而航模一般由操纵人员遥控操纵实现飞行。

（3）用途不同。

无人机更偏向于军事用途或民用特种用途，一般用来执行特殊任务。

而航模更接近于玩具。

2.简述多旋翼系统的特点和未来研究需求。

答：（1）多旋翼除了能够由自驾仪自主控制飞行，还能由操作员通过地面站或者遥控器（对应于信息与通信工程学科》进行远程控制。

因此，我们希望通信链路安全可靠，并且不被黑客攻破。

此外,还有研究者通过检测通信链路来追踪遥控多旋翼的操作员，从而查处违法飞行。

（2）多旋翼本身涉及很多电子设备（对应于电子科学与技术学科）。

我们希望电子电路稳定可靠，不受外界电磁辐射影响。

同时希望机载嵌入式处理器具有更丰富的计算资源，功耗和重量越小越好。

（3）多旋翼系统需要软件环境来运行控制算法（对应于计算机科学与技术学科）,一般需要实时操作系统（RCaI-TimeOperatingSytem,RTOS）来提供软件运行环境并提供与机载硬件通信的接口。

例如，著名的开源自驾仪软件PX4运行在-一个轻量级实时操作系统Nuttx之上。

（4）在多旋翼设计上，需要考虑材料、布局和结构（对应于力学、机械工程学科），还要考虑动力系统选型（对应于力学、电气工程学科）等。

多旋翼无人机技术基础课件第六章PPT演示课件

输入（激励）输出（响应）
结构动力系统
多旋翼无人机结构动力学目的
多旋翼无人机结构动力学的目的就是研究关于多旋翼无人机结构动力系统振动固有特性，它在外激励作用下产生动响应的基本理论和分析方法，以使多旋翼无人机结构具有优良的动力学特性。根据多旋翼无人机结构动力系统输入、输出与系统特性三者之间的关系，可归纳为三类问题。
多旋翼无人机振动的类型（4）
4．按照系统振动的运动规律分类（1）周期振动：振动量（如位移、速度、加速度等）是
时间的周期函数。
（2）简谐振动：振动量为时间的正弦或余弦函数的周期
振动，是最简单的周期振动。

（3）非周期振动和瞬态振动：非周期振动的振动量是
时间的非周期函数，如果这种振动只在很短的时间内存在，则称为瞬态振动。
多旋翼无人机技术基础（6）
符长青博士
多旋翼无人机结构动力学的定义
多旋翼无人机结构动力学是一门在多旋翼无人机设计中受到普遍重视且仍处于不断发展中的学科，它主要研究多旋翼无人机结构的强迫振动、自由振动和动稳定性，不考虑空气动力与结构的弹性力、阻尼力和惯性力之间的相互作用，如果涉及空气动力，也只把它作为与结构振动运动无关的外力对待，结构动力学是研究气动弹性响应的基础。（1）结构（2）振动（3）结构动力系统（4）振动固有特性
（4）随机振动：振动量不是时间的确定性函数，因而不
能预测，只能用概率统计的方法进行研究。
多旋翼无人机振动的类型（5）
5．按照系统结构参数的特性分类（1）线性振动：线性振动是系统内的恢复力、阻尼
力和惯性力分别与振动位移、速度和加速度成线性关系的振动，可用常系数线性微分方程来描述。线性振动叠加原理成立，系统自由振动的频率及模态是系统所固有的，其特性不随时间改变。

无人机技术中的路径规划算法对比分析

无人机技术中的路径规划算法对比分析无人机技术的迅猛发展为我们提供了许多新的机遇和挑战。

路径规划是无人机操作中的关键环节，它决定了无人机在任务执行中的飞行路径，直接影响着任务的安全性、效率和成功率。

在无人机技术中，存在多种路径规划算法，本文将对其中的几个常见算法进行对比分析。

1. Dijkstra算法Dijkstra算法是一种经典的最短路径规划算法，它基于图论中的贪婪算法，通过计算节点之间的距离和权重来确定最优路径。

在无人机技术中，Dijkstra算法能够快速找到最短路径，但是对于复杂的环境和大规模的网络来说，计算复杂度较高，运行时间较长。

2. A*算法A*算法是一种常用的启发式搜索算法，它在Dijkstra算法的基础上引入了启发式函数来加速搜索过程。

启发式函数通过估计从当前节点到目标节点的最短距离来指导搜索方向，提高了搜索效率。

在无人机路径规划中，A*算法能够在复杂环境中快速找到最优路径，但是需要预先知道目标节点的位置，并且对启发函数的设计要求较高。

3. RRT算法RRT（Rapidly-exploring Random Trees）算法是一种基于随机采样的快速搜索算法。

它通过随机选择采样点，并在搜索树中进行逐步扩展，最终找到路径。

在无人机技术中，RRT算法能够有效处理高维空间的搜索问题，适用于复杂环境下的路径规划。

但是，RRT算法也存在局部最优问题，可能导致无人机不能找到全局最优路径。

4. D*算法D*算法是一种增量路径规划算法，它能够在遇到环境变化时快速调整路径。

D*算法通过局部信息的更新与传播来适应环境的变化，并实时生成新的路径。

在无人机技术中，D*算法能够应对环境变化频繁的情况，使无人机能够实时调整飞行路径。

5. PSO算法PSO（Particle Swarm Optimization）算法是一种仿生优化算法，通过模拟鸟群或粒子的群体行为来获得最优解。

在无人机路径规划中，PSO算法能够在搜索空间中快速找到最优路径，并且对问题的输入和约束条件没有要求，具有较好的适应性。

无人机飞行原理—多旋翼无人机飞行原理

致机体沿逆时针方向自旋，因此，在X型四旋翼无人机中，采用对角电机同向转动，相邻电机反向转动的
方式安排，抵消反转矩。如图所示，电机1和电机3逆时针转动、电动机2和4则顺时针转动，四个电机的反
转矩彼此抵消。
左 + 右 = 右 + 左
四、多旋翼无人机飞行原理
操纵性
1、垂直运动
垂直运动，是指无人机克服自身重力进行上升和下降的运动。是其最基本的功能，X型四旋翼
1 = 2 , 3 = 4
1 + 2 + 3 +4 =
当3 + 4 > 1 +2 时，则无人机在转矩的作用下将绕着纵轴（X轴）产生转动，即右横滚运动；若
3 + 4 < 1 +2 ，则无人在转矩的作用下将绕着纵轴（X轴）产生转动，将实现左横滚运动。
四、多旋翼无人机飞行原理
调节电机转速，来改变总升力的大小实现。
四、多旋翼无人机飞行原理
操纵性
2、俯仰运动
俯仰运动，是指无人机能绕横轴（Y轴）转动，以无人机机体纵轴（X轴）正方向为无人机前
进方向，X型四旋翼无人机的俯仰运动示意图。
要做俯仰运动，通过改变电动机的转速，使得升力 1 、 2 、 3 、 4 变化，不再保持相等，
相等，并且升力的合力大于重力，但仍然保持对角的反转矩之和相同，即：
1 = 2 , 3 = 4
1 + 2 > 3 +4
1 + 2 + 3 +4 >
1 + 3 = 2 +4
此时，无人机做横滚运动，升力在水平方向的分力，对左右位移进行修正和控制，横滚角为，当满足
升力的垂直分力与重力相等时，即 = ，在没有外力干扰的情况下，四旋翼无人机将在水平分力

多旋翼无人机原理

多旋翼无人机原理
多旋翼无人机是一种由多个旋翼组成的飞行器，它通过改变每个旋翼的旋转速度和方向，来实现飞行控制。

多旋翼无人机的旋翼通常由电动机和螺旋桨组成，通过电机驱动螺旋桨旋转产生升力。

通常，多旋翼无人机的旋翼数量为四或六个，不同数量的旋翼会对其飞行性能和稳定性产生影响。

多旋翼无人机的飞行原理基于空气动力学和动力学原理。

当旋翼旋转产生升力时，无人机可以在空中悬停、上升、下降、向前、向后、向左、向右等方向飞行。

通过调整旋翼的旋转速度和方向，无人机可以实现各种复杂飞行动作，如盘旋、飞行路径的变换、悬停等。

多旋翼无人机的飞行控制通常使用惯性测量单元（IMU）和飞行控制系统。

IMU可以通过加速度计和陀螺仪等传感器来测量无人机的姿态、加速度和旋转速度等参数，将这些参数传输给飞行控制系统进行实时分析和处理。

根据预设的飞行控制指令，飞行控制系统可以调整每个旋翼的旋转速度和方向，以实现精确的姿态和飞行控制。

除了飞行控制系统，多旋翼无人机还配备了其他关键组件，如电池、电调和遥控器。

电池为无人机提供能量，电调可以控制电机的转速和方向，而遥控器则用于远程操控无人机的飞行。

总之，多旋翼无人机的飞行原理是通过调整每个旋翼的旋转速度和方向，来实现飞行控制。

飞行控制系统根据传感器测量参数和预设指令，对无人机进行精确的姿态和飞行调整。

这些动
作的实施需要依赖其他关键组件的配合，如电池、电调和遥控器。

四旋翼飞行器各通道传递函数

四旋翼飞行器各通道传递函数一、引言四旋翼飞行器是一种由四个旋翼驱动的无人机。

每个旋翼通过改变旋转速度，控制飞行器在空中的姿态和位置。

飞行器的控制系统通过各通道传递函数来实现对旋翼的控制。

本文将深入探讨四旋翼飞行器各通道传递函数的原理、应用和设计方法。

二、四旋翼飞行器的通道结构四旋翼飞行器通常包括四个通道：油门、横滚、俯仰和偏航。

每个通道都负责控制飞行器在某个方向上的运动。

下面将对每个通道的传递函数进行详细介绍。

2.1 油门通道传递函数油门通道控制飞行器的升降运动，即控制飞行器的高度。

油门通道传递函数的输入是油门控制信号，输出是飞行器的升降运动。

油门通道通常采用开环控制，即直接将油门控制信号转换为升降运动。

2.2 横滚通道传递函数横滚通道控制飞行器的横向运动，即控制飞行器在水平面上的左右倾斜。

横滚通道传递函数的输入是横滚控制信号，输出是飞行器的横向运动。

横滚通道通常采用闭环控制，通过测量飞行器的倾斜角度来调节横滚控制信号，使飞行器保持水平。

2.3 俯仰通道传递函数俯仰通道控制飞行器的纵向运动，即控制飞行器在竖直平面上的前后倾斜。

俯仰通道传递函数的输入是俯仰控制信号，输出是飞行器的纵向运动。

俯仰通道通常采用闭环控制，通过测量飞行器的倾斜角度来调节俯仰控制信号，使飞行器保持平衡。

2.4 偏航通道传递函数偏航通道控制飞行器的转向运动，即控制飞行器绕垂直轴旋转。

偏航通道传递函数的输入是偏航控制信号，输出是飞行器的转向运动。

偏航通道通常采用闭环控制，通过测量飞行器的偏航角度来调节偏航控制信号，使飞行器保持稳定的转向运动。

三、各通道传递函数的设计方法设计四旋翼飞行器各通道的传递函数需要考虑飞行器的动力学特性和控制要求。

下面将介绍各通道传递函数的设计方法。

3.1 油门通道传递函数的设计方法油门通道传递函数的设计相对简单，可以直接将输入信号与输出信号进行线性关系的转换。

通常可以采用PID控制器来实现对油门通道的控制，根据飞行器的负载和对升降运动的要求进行参数调节，使飞行器能够稳定地进行垂直运动。

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１３００３３，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＡｏｌｉＩｎｆｒａｒｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
机械设计与制造
１９８ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第７期
２０１７年７月
多旋翼无人机振动传递路径分析
裴彦华，白越，白晶。
（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；２．中国科学院大学，北京１０００３９；１３００３３）３．长春长光奥立红外技术有限公司，吉林长春
Ｃｏ．Ｌｔｄ，ＪｉｌｉｎＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐａｔｈｏｆｍｕｌｔｉ — ｒｏｔｏｒＵＡＶｔｏｓｅｌ￣ｏｒｖｉｂｒａｔｉｏｎ．ｕｓｉｎｇｆｅ
文章编号：１００１ — ３９９７（２０１７）０７ — ０１９８ — ０３
ＶｉｂｒａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＰａｔｈＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｕｌｔｉ－ＲｏｔｏｒＵＡＶ
ｖｉｂｒｔｉａｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｐａｔｈａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＣＡＥｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｔｏｈｅｔｒｎｓａｆｅｒｐｔａｈｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎｌａｙｓｓｉｍｏｄｅｌｆｍｏｕｌｔｉ — ｒｏｔｏｒＵＡＶ．ＴｈｒｏｕｇｈｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅａｎａｌｙｓｉｓｂｙＡｎｓｙｓ，ｔｏｏｂｔａｉｎｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｆｏｍｕｌｔｉ — ｒｏｔｏｒＵＡＶｆｕｓｅｌａｇｅｎｄａｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅｆｒｏｍｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅｔｏｒｅｓｐｏｎｓｅｐｏｉｎｔ，ｉｔＣｎａ
ｃｌａｃｕｌｔａｅｔｈａｔｔｈｅＺ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｍｕｏｌｔｉ — ｒｏｔｏｒＵＡＶｖｉｂｒｔｉａｏｎｉｓｔｈｅｇｒｅｔｅａｓｔｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｔｒａｓｎｆｅｒｐｔａｈｓｗｈｉｃｈｐｌａｙ８ｌｅａｄｉｎｇｒｏｌｅｉｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｒａｅｉｆｎａｌｌｙｅｔｄｅｒｍｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｔａｈ．Ｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｓｅｌｉｎｋｓｔａｋｅｎ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘
要：为了确定多旋翼无人机每个振动传递路径对多旋翼无人机传感器振动的贡献量，运用振动传递路径分析方法，
基于ＣＡＥ技术建立了多旋翼无人机振动的结构传递路径有限元分析模型。通过Ａｎｓｙｓ的谐响分析。获得多旋翼无人机机
身的振动响应以及振源对于响应点的频响函数，可以计算得到多旋翼无人机ｚ方向振动贡献最大。从传递路径的角度找
出了对传感器振动起主导作用的环节，通过控制这些环节，有针对的采取减振措施，可以改观多旋翼无人机传感器的振
动问题。
关键词：多旋翼无人机；振动；传递路径分析（ＴＰＡ）；有限元
中图分类号：ＴＨ１６；Ｖ２２２；ＴＨ１２２文献标识码：Ａ
ＰＥＩＹａｎ — ｈｕａ，ＢＡＩＹｕｅ，ＢＡＩＪｉｎｇ
（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＪｉｌｉｎＣｈａｎｇｃｈｕｎ