多旋翼飞行器设计与控制-基本组成

一、机架    

1、机身

指标参数：

重量：尽可能轻

轴距：外圈电机组成圆的直径

材料：冲碳纤维就完了

布局：

2、起落架

作用：

支撑多旋翼重力

避免桨叶离地太近

减弱起飞时地效

消耗和吸收着陆撞击能量

2、涵道

作用：

保护桨叶和人身安全

提高桨叶拉力效率

减小噪音

工作原理：

当螺旋桨工作时，进风口内壁空速快静压小，外壁静压大，产生附加拉力

参数：

扩散段长度

螺旋桨直径

尽管涵道可以提升效率增加悬停 时间，但增加涵道的同时也会增加多 旋翼机的重量从而使悬停时间缩短， 因此最终的优化设计需要权衡与折中。

二、动力系统    

动力系统包含螺旋桨、电机、电调和电池

1、螺旋桨

指标参数：

螺距：设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，就称为螺距（这好像和螺丝的定义一样）

型号：4位表示，前两位表示直径后两位表示螺距

弦长

转动惯量：小的转动惯量可以视为阻尼比小，因此可以提升电机作用的响应速度。

桨叶数

安全转速：螺旋桨转速越高，桨叶形变越大，当螺旋桨转速大到一定程度时，螺旋桨的力效就会降低，因此需要使螺旋桨工作在安全转速以下

螺旋桨力效：

静平衡：螺旋桨静平衡是指螺旋桨重心与轴心线重合时的平衡状态

动平衡：螺旋桨动平衡是指螺旋桨重心与其惯性中心重合时的平衡状态

动平衡与静平衡的目的是减小震动

2、电机

主要以无刷直流电机为主

标称空载KV值：空载（不安装螺旋桨）情况下，外加1V电压得到的电机转速值

标称空载电流和电压：在空载试验中，对电机施加空载电（通常为10V）时测得的电机电流被称为空载电流

最大峰值电流/功率：电机能承受的最大瞬时通过的电流/功率

最大持续电流、功率：电机能允许持续工作（规定时间）而不烧坏的最大连续电流/功率

内阻

电机效率：

总力效：

3、电调

基本功能是为电机调速

最大持续/峰值电流：安数不足会导致电调烧毁

电压范围

内阻：由于电调电流很大，因此会在内阻上产生较高的发热，因此要注意散热

刷新频率：影响电机的响应速度

可编程特性

兼容性：电机与电调兼容不好会发生堵转

方波驱动：数字信号控制工作在开关状态

FOC矢量控制：正弦驱动在运行平稳性、调速范围、减振减噪方面优于方波驱动。目前可采用光电编码器、霍尔传感器或者基于观测器的方法测量转子角度。因为多旋翼电机始终工作在高转速状态下，可以基于观测器的方法进行矢量调制。

4、电池

三、指挥控制系统    

1、遥控器和接收机

指标参数：

频率：常用2.4GHz，尽量避开障碍物

调制方式：PCM（脉冲编码调制）与PPM（脉冲位置调制）

通道：一个通道对应一个独立的动作

控制模式：日本手和美国手

油门：直接是油门和增量式油门

遥控距离

2、自动驾驶仪

组成：GPS、IMU、气压计、测距模块、微型计算机、接口。

主要解决感知、控制与决策问题

3、地面站

4、数传

数传电台是指借助DSP 技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的无线数据传输电台。数传电台一端接入计算机（地面站软件），一端接入多旋翼自驾仪，通讯采用一定协议进行，从而保持自驾仪与地面站的双向通讯。

指标参数：

频率

传输距离

传输速率

通信协议：MAVLink

编辑：黄飞