无人机飞控基本原理及构成 教程(课堂PPT)
气压计
根据大气压强检测检测当前高度的装置。
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磁力计（电子罗盘）
磁力计（Magnetic 、M-Sensor）也叫 地磁、磁感器，可 用于测试磁场强度 和方向，定位设备 的方位，磁力计的 原理跟指南针原理 类似，可以测量出 当前设备与东南西 北四个方向上的夹 角。
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卫星定位系统
GPS（美国） 伽利略（欧洲）
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姿态
描述一个刚体坐标系和参考坐标系之间的角度位置关系。 也就是pitch（俯仰）、YAW（航向）、ROLL（横滚）。
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算法
也就是姿态转换方法，控 制器 如何采集姿态传感器数据， 并对其进行融合，根据融合 的数据判断自身的运动状态。
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PID 控制
飞控解码出姿态传感器的数据之后，随即将两者进 行融合的结果对姿态进行相应的调整，通过信号对电 调进行控制，这种控制方式就叫做PID控制。 P(比例) I（积分） D（微分）
像飞控一样去 思考
1
常见的无人机飞控传感器
陀螺仪
电子罗盘
GPS 气压计
加速度计
2
陀螺仪（角速度计）
基于角动量守恒的理论 ，用高速回转体的动量矩敏 感壳体相对惯性空间绕正交 于自转轴的一个或二个轴的 角运动检测装置。
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传统机械陀螺仪示意
4
陀螺仪种类
机械陀螺仪
光纤陀螺仪
MEMS陀螺仪
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陀螺仪常见的使用领域
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滤波算法
卡尔曼滤波（Kalman filtering）一 种利用线性系统状态方程，通过系统 输入输出观测数据，对系统状态进行 最优估计的算法。
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卫星定位系统基本原理
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GPS三大要素
位置
速度
高度
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RTK（载波相位差分技术）
实时处理两个 测量站载波相位 观测量的差分方 法，将基准站采 集的载波相位发 给用户接收机， 进行求差解算坐 标。
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RTK示意
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超声波传感器
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光流传感器
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MEMS系统
微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械 系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米 乃至更小的高科技装置。
格洛纳斯（俄罗斯）
北斗（中国）
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GPS
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。 GPS起始于1958年美国军方的一个 项目，1964年投入使用。20世纪70 年代，美国陆海空三军联合研制了 新一代卫星定位系统GPS 。主要目 的是为陆海空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用 于情报搜集、核爆监测和应急通讯 等一些军事目的，经过20余年的研 究实验，耗资300亿美元，到1994年 ，全球覆盖率高达98%的24颗GPS 卫星星座己布设完成。
“某米”九号平衡车
“某米”运动手环
火箭/导弹
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加速度计
加速度传感器是一种 能够测量加速度的传感器 传感器在加速过程中，通 过对质量块所受惯性力的 测量，利用牛顿第二定律 获得加速度值。
7ห้องสมุดไป่ตู้
加速度计基本原理
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惯性测量单元（IMU）
惯性测量单元是测量物体三 轴姿态角(或角速率)以及加速度 的装置。一般的，一个IMU包 含了三个单轴的加速度计和三 个单轴的陀螺，加速度计检测 物体在载体坐标系统独立三轴 的加速度信号，而陀螺检测载 体相对于导航坐标系的角速度 信号，测量物体在三维空间中 的角速度和加速度，并以此解 算出物体的姿态。
无人机飞控工作原理
无人机飞控工作原理小伙伴们！今天咱们来唠唠无人机飞控那点事儿。
这无人机飞控啊，就像是无人机的大脑，聪明着呢！咱先得知道飞控是干啥的。
简单来说，它就是要让无人机乖乖听话，想飞哪儿飞哪儿，还得飞得稳稳当当的。
你想啊，无人机在天上，没个靠谱的指挥可不行。
飞控里面有好多小秘密哦。
它有传感器，就像无人机的小眼睛和小耳朵。
比如说加速度计，这个东西可神奇啦。
它能感受到无人机是在加速呢，还是在减速。
就好像你坐过山车的时候，你能感觉到那种速度的变化，加速度计就是无人机的这种感觉器官。
还有陀螺仪，这就像是无人机的平衡感探测器。
当无人机在空中有点歪歪扭扭的时候，陀螺仪就能马上察觉到，然后告诉飞控，“咱有点歪啦，得调整调整”。
再说说气压计吧。
这气压计就像无人机的高度测量仪。
在空中，气压是会变的，气压计就根据这个气压的变化来判断无人机飞得多高了。
你看，是不是很聪明的设计呢？就像小鸟知道自己在天空中的高度一样，无人机也能清楚自己的位置高度啦。
飞控拿到这些传感器传来的信息后，就开始发挥它大脑的作用啦。
它要根据这些信息来控制无人机的电机。
比如说，要是无人机有点往左倾斜了，飞控就会让右边的电机转得快一点，左边的电机转得慢一点，这样就能把无人机给拉正过来。
这就像是你骑自行车的时候，如果车有点往一边倒，你就会往另一边用力一样。
飞控就是这么灵活地调整无人机的姿态。
飞控还有个很重要的功能就是导航。
你想让无人机飞到某个地方，飞控就能规划出一条路线来。
它就像一个超级聪明的小向导。
飞控会根据GPS信号（如果无人机有GPS的话）或者其他定位系统的信息，知道自己在哪里，要去哪里。
然后它就指挥着无人机的电机，按照这个路线飞过去。
就像你要去朋友家，你心里得有个路线图一样，飞控就是无人机的路线规划师。
而且啊，飞控还得考虑到风的影响呢。
风一吹，无人机就像个小树叶一样，容易被吹跑。
飞控就得根据风向和风力的大小，调整无人机的飞行姿态和动力。
这就好比你在大风天走路，你得歪着点身子，用力顶着风走，飞控就是让无人机在风中也能稳稳前行的小能手。
多旋翼无人机的操控原理ppt
Base
UAV(unmanned aerial vehicle)
Temperature
空气流速快
静压力小
静压力差升力
空气流速慢
静压力大
四个螺旋桨转速相同，
产生升力相同
1 = 2 = 3 = 4
总升力
= 1 + 2 + 3 +4
当：F>G 上升
F<G 下降
F=G 悬停
电机4减速，电机2
加速，变化量相等
右
滚转
电机2减速，电机4
加速，变化量相等
Δ = Δ
= 不变
= + + +
偏航运动
顺
时针
是指无人机能绕立轴（Z轴）转动
电机1、3加速
电机2、4减速
逆
时针
电机2、4加速
电机1、3减速
=
=
= + + +
1
2
螺旋桨旋转时对空气有扭矩
空气会反作用扭矩于无人机
相邻电机要反向转动，抵
消陀螺效应和空气动力转矩，
因此需要正反浆。
3
4
通过调节多旋翼上各个电机的转速，可实现多旋翼无人机垂直升降，空中悬
停，小速度前飞、后飞、侧飞、原地旋转等。
垂直运动（升降）
保
证
四个旋翼电机转速
同步增加或减小
实
现
垂直上升或垂直下降
= = =
= + + +
俯：
电机1加速，电机3减速，变化量相等
仰：
电机1减速，电机3加速，变化量相等
无人机操控技术课件第3章飞行原理与性能第3节飞行性能【可编辑全文】
3.3 飞行性能
无人机飞行性能是描述飞机质心运动规律的性
能，包括飞机的飞行速度、飞行高度、航程、航时、
起飞和着陆性能等。与有人机不同的是，无人机几
乎涉及不到筋斗、盘旋、战斗转弯等机动性能，所
以不加以讨论。
3.3 飞行性能—高度
理论静升限：飞机能作水平直线飞行的最大高度。
实用静升限：飞机最大爬升率等于0.5m/s（亚声速飞机）
的，反之则称飞机是不稳定的。
3.1 稳定性
飞机的稳定性包括：纵向稳定、横向稳定、侧向
（航向）稳定。
3.1.1 机体坐标系
不论是固定翼、直升机、还
是多旋翼无人机，研究其稳定性
的时候首先要建立机体坐标系。
原点(0点)： 位于飞行器的
重心；
纵轴(0X轴)：位于飞行器参
考平面内平行于机身轴线并 指
向飞行器前方；
螺旋（尾旋）：飞机失速
后机翼自转，飞机以小半径的
圆周盘旋下降运动。
原因：飞机横向稳定性过弱，
航向稳定性过强，产生螺旋
不稳定。
改出：立即向螺旋反方向打
舵到底制止滚转。
3.1.6 航向与横向稳定性的耦合
荷兰滚（飘摆） ：非指令的时而左滚，时而
右滚，同时伴随机头时而左偏，时而右偏的现象。
原因：飞机的横向稳定性过强，而航向稳定性
3.1.2 姿态角—俯仰角
机体坐标系纵轴与水平面的夹角。抬头时，俯
仰角为正，否则为负。
3.1.2 姿态角—滚转角
机体坐标系立轴与通过机体纵轴的铅垂面间的
夹角，机体向右滚为正，反之为负。
3.1.2 姿态角—偏航角
机体坐标系纵轴与垂直面的夹角，机头右偏航
为正，反之为负。
无人机技术基础 多旋翼无人机的操纵原理-教案.pptx
《无人机技术基础》
教案
一、多旋翼无人机的飞行原理
由伯努利定理可知，旋翼下方空气流速慢静压力大，旋翼上方空气流速快静压力小，由此压差而形成向上的作用力，即升力。
由升力公式可知，四个螺旋桨转速相同时，产生的升力也相同。
即对应四个旋翼的升力相等，F_1 = F_2= F_3= F_4。
当四个旋翼的升力和F大于重力的时候，无人机上升；升力小于重力时无人机下降，而两者相等时，无人机处于悬停状态。
通过调节多旋翼上各个电机的转速，可实现多旋翼无人机垂直升降，空中悬停，小速度前飞、后飞、侧飞、原地旋转等。
如沿着三个正交坐标轴的平移移动、和旋转运动，以及多通道组合下的自由移动。
二、多旋翼无人机的操纵原理
1.升降运动
四个旋翼电机转速同步增加或减小，就可以实现多旋翼无人机的垂直上升或垂直下降。
即升力大于重力时上升，小于重力时下降。
2.俯仰运动
指无人机能绕横轴（Y轴）转动。
当电机1加速，电机3减速，两者变化量相等时，可沿X负方向运动。
当电机1减速，电机3加速，两者变化量相等时，无人机可沿X正方向运动。
这时2、4号电机转速保持不变。
由于1、3号电机的变化量均相等，可知升力的总和并未发生变化。
即，在不改变升力合力的情况下，实现俯仰运动。
3.滚转运动
指无人机能绕纵轴（X轴）转动.当电机4减速，电机2加速，变化量相等时，无人机向左滚转。
当电机2减速，电机4加速，变化量相等时，无人机向右滚转。
同样，2、4号电机变化量相等，则升力的总和不变。
即，在不改变升
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无人机操控技术课件第3章飞行原理与性能第5节多旋翼基础知识
5.2.3 动力系统—电池
电池容量：安时（Ah）或者毫安时（mAh）。如图 所示，例如，17000mAh表示以17000毫安放电，能够持 续1小时。严格的讲，电池容量应该以Wh表示，Ah乘以 电压就是Wh，例如，民航旅客行李中携带锂电池的额定 能量超过160Wh严禁携带。
5.2.3 动力系统—电池
5.2.3 动力系统—电调
电流规格：电调上标有“20A”字样，意思是指电 调所能承受的最大瞬间电流是20安培；一般多旋翼上我 们选取悬停电流4倍到5倍规格的电调使用，这样可以给 电流留够充足的余量。
供电能力：电调上有BEC 5V字样，意思是指电调 能从杜邦线向外输出5V的电压。
5.2.3 动力系统—电调
5.2.3 动力系统—电调
电子调速器ESC简称电调。其作用是根据飞控的控 制信号，将电池的直流输入转变成一定频率的交流输出， 用于控制电机转速。多轴飞行器使用的电调通常被划分 为有刷电调和无刷电调，多轴飞行器一般使用无刷电调。
电调上最粗的红线和黑线用来连接动力电池；较细 的白红黑3色排线，也叫杜邦线，用来连接飞控；另一 端3根单色线连接电机，如任意调换其中2根与电机的连 接顺序，电机反向运转。
5.2 多旋翼系统组成
多旋翼飞行器系统主要包括：机体结构、飞控 系统、动力系统、机载链路系统。
5.2.1 机体结构
机体结构是其他所有机载设备、模块的载体。 典型的机体结构包括：机架、支臂、脚架、云台。
5.2.1 机体结构
机架：装载各类设备、动力电池或燃料，同时 它是其他结构部件的安装基础。
支臂：机架结构的延伸，用以扩充轴距，安装 动力电机，有些多旋翼的脚架也安装在支臂上。
IMU惯性导航传感器是DOF（Degree Of Freedom，自由度）系统的核心，为多旋翼提供姿 态、速度和位置等参数,全称“惯性测量单元”。是 测量物体三轴姿态（或角速率）以及加速度的装置。
第2章无人机组成及飞行原理
固定翼无人机的结构组成
5、动力装置
目前民用领域主要适用往复式活塞发动机和无刷电动机。无刷电动机多用于多旋翼。 往复式活塞发动机是一种内燃机，由气缸、活塞、连杆、曲轴、机匣和汽化器等组
成。它的工作原理是燃料与空气的混合气在气缸内爆燃，产生的高温高压气体对活塞做 功，推动活塞运动，并通过连杆带动曲轴转动，将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋 转运动。曲轴的转动带动螺旋桨旋转，驱动无人机飞行。整个工作过程包括吸气、压缩、 做功和排气四个环节，不断循环往复地进行，使发动机连续运转。
标称空载KV值 电机KV值定义为“转速/伏特”，意思为输入电压增加1V，无刷电机空转转速增加的
转速值。例如，1000kv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。单从KV值，不可以评价电机的好坏，因为不同KV值有不同的适 用不同尺寸的浆绕线匝数多的，KV值低，最高输出电流小，但扭力大，上大尺寸的浆； 绕线匝数少的，KV值高，最高输出电流大，但扭力小，上小尺寸的浆。
固定翼无人机的结构组成
3、尾翼
尾翼是用来配平、稳定和操作固定翼无人机飞行的部件，通常包括垂直尾翼（垂尾）和 水平尾翼（平尾）两部分。
水平尾翼由水平安定面和升降舵组成，通常情况下水平安定面是固定的，升降舵是可动的。 垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。方向舵用于控制飞机的横向运动，升降 舵用于控制飞机的纵向运动。 尾翼的形状也是多种多样的，选择尾翼形状，首先要考虑的是能获得最大效能的空气动力， 并在保证强度的前提下，尽量使结构简单、质量轻。
多旋翼无人机的构成
5、动力电源—电池
电池是将化学能转化成电能的装置。在整个飞行系统中，电池作为能源储备，为整个 动力系统和其他电子设备提供电力来源。目前在多旋翼飞行器上，一般采用普通锂电池 或者智能锂电池等。
无人机概述PPT幻灯片课件
无人机操纵与控制主要包括起降操纵、飞行操纵、任务 设备（载荷）控制和数据链管理等。
2021/8/19
飞行操纵
无人机的系统组成
飞行器
系统组成 2021/8/19
控制站 通信链路
显示系统 操纵系统
地面 机载
飞行平台 动力装置 导航飞控 电气系统 任务设备
无人机的系统组成-通讯链路
扑翼无人机
这类飞行器是从鸟类或者昆虫启发而来的，具有可变形的小型翼翅。它可以利用不稳定气 流的空气动力学，以及利用肌肉一样的驱动器代替电动机。在战场上，微型无人机、特别 是昆虫式无人机，不易引起敌人的注意。即使在和平时期，微型无人机也是探测核生化污 染、搜寻灾难幸存者、监视犯罪团伙的得力工具
2021/8/19
2021/8/19
分类方式之按照用途分类：
无人飞艇
飞艇是一种轻于空气的航空器，它与热气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装 置。这类飞行器是一种理想的空中平台，无论是用来空中监视、巡逻、中继通信还是空中 广告飞行、任务搭载试验、电力架线，其应用范围是广泛的。
伞翼机
一种用柔性伞翼代替刚性机翼的飞机，伞翼大部分为三角形，也有长方形的。伞翼可收叠 存放，张开后利用迎面气流产生升力而升空，起飞和着陆滑跑距离短，只需百米左右的跑 道，常用于运输、通信、侦察、勘探和科学考察等。
多轴
无人飞艇平台及系留气球
各类变模态平台
2021/8/19
飞行器-飞行平台
机翼结构
起落装置
2021/8力系统指无人机的发动机以及保证发动机正常工作所必需的系统和附件的总称。 无人机使用的动力装置主要有活塞式发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴 发动机、冲压发动机、火箭发动机、电动机等。目前主流的民用无人机所采用的动力系统通常为 活塞式发动机和电动机两种。
AOPA飞行原理ppt课件
●伯努利定理
空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。 低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。 因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能=常值。公式 表述为：
1 2
v2
PP0
上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。
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●伯努利定理
完整版PPT课件
●翼尖涡的立体形态
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●翼尖涡的形态
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II. 下洗流（DownWash）和下洗角
由于两个翼尖涡的存在，会导致在翼展范围内出现一个向下的诱 导速度场，称为下洗。在亚音速范围内，这下洗速度场会覆盖整个 飞机所处空间范围。
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III. 诱导阻力的产生
起
终
点
点
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●升力的产生原理
前方来流被机翼分为 了两部分，一部分从 上表面流过，一部分 从下表面流过。
由连续性定理或小狗 与人速度对比分析可 知，流过机翼上表面 的气流，比流过下表 面的气流的速度更快 。
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P112v12 P0
P1 v1
P2 v2
P212v22P0
P 11 2 v 1 2P 21 2 v2 2
迎角大于临界迎角时 ，迎角增大，压力中心 后移。
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翼型的压力分布
①矢量表示法
当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。 当机翼表面压强高于大气压，称为压力。 用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为 力的方向。
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●驻点和最低压力点
A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流 流速为零。
无人机技术-飞控原理
二、飞控的类型
3.均衡式反馈自动驾驶仪
动态过程 硬反馈
稳态过程 软反馈
三、飞控的工作原理
三、飞控的工作原理 闭环系统
三、飞控的工作原理 舵回路
Thank You
位置反馈：硬反馈
结构简单，应用广，在干扰作用下有静态误差
二、飞控的类型
2.积分式自动驾驶仪
使舵的偏转角速度与俯仰角的偏差成正比； 系统工作在稳定状态时，舵偏角与俯仰角偏离值的
积分成比ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 速度反馈（软反馈）式自动驾驶仪
二、飞控的类型
2.积分式自动驾驶仪 （1）可消除静态误差 （2）当受到垂风干扰时仅有姿态误差，无高度误差 （3）受到常值力矩干扰时无高度误差
飞控系统
二、飞控的类型
飞控最常用的分类是按控制律（调节规律）来区分的。
控制律：指自动驾驶仪输出的舵偏角与信号的静动态
函数关系。
比例式
积分式
均衡式反馈 （比例+积分）
二、飞控的类型
1.比例式自动驾驶仪
二、飞控的类型
1.比例式自动驾驶仪
（1）当自动驾驶仪保持高度时，收到垂风干扰时，仅 有姿态误差，没有高度误差 （2）受到常值力矩干扰时会有高度误差 （3）在速度输入时有稳态误差
无人机飞行控制的基本原理
无人机飞行控制的基本原理一、引言随着科技的不断发展，无人机已经成为了现代航空领域的一个重要组成部分。
无人机的出现，使得人们可以更加方便地进行各种各样的航空活动。
然而，无人机在飞行过程中需要进行精确的控制，才能够完成各种任务。
因此，无人机飞行控制的基本原理是非常重要的。
二、无人机飞行控制系统1. 控制系统概述无人机飞行控制系统是指通过电子设备对无人机进行控制和调节，以达到预定目标和保证安全飞行的一系列技术手段。
它主要由传感器、执行器和计算机三部分组成。
2. 传感器传感器是指用于测量环境和飞行状态参数的设备。
例如：气压计、陀螺仪、加速度计、磁力计等。
3. 执行器执行器是指用于改变飞行状态的设备。
例如：电动调节面、电动发动机等。
4. 计算机计算机是指用于处理和分析传感器数据，并通过执行器来实现对无人机姿态和位置等参数进行控制和调节。
三、无人机姿态稳定控制1. 姿态控制概述姿态控制是指通过调节无人机的姿态角度，使其保持稳定飞行的一种技术手段。
它主要包括滚转、俯仰和偏航三个方向。
2. 控制方法(1)PID控制PID控制是一种基于误差反馈的控制方法。
它通过比较期望值与实际值之间的误差，来调节无人机的姿态角度。
(2)模型预测控制模型预测控制是一种基于数学模型的控制方法。
它通过对未来状态进行预测，来调节无人机的姿态角度。
四、无人机飞行路径规划1. 路径规划概述路径规划是指在给定环境下，寻找一条最优路径以完成特定任务的一种技术手段。
它主要包括全局路径规划和局部路径规划两个方面。
2. 控制方法(1)A*算法A*算法是一种用于解决图形搜索问题的启发式搜索算法。
它通过评估每个节点到目标节点之间的距离，来寻找最短路径。
(2)Dijkstra算法Dijkstra算法是一种用于解决最短路径问题的贪心算法。
它通过计算每个节点到起点的距离，来寻找最短路径。
五、无人机避障控制1. 避障控制概述避障控制是指在无人机飞行过程中，通过检测环境中的障碍物，并对其进行分析和处理，以避免与障碍物发生碰撞的一种技术手段。