多旋翼无人机技术基础 第1章

1、第一章概要，概要，主要内容(1)关于多旋翼无人机的基本概念。 (2)多旋翼无人机系统的基本概念。 (3)多旋翼无人机的配置、用途和类型。 (4)多旋翼无人机的发展历史和市场前景。 (5)民间多旋翼无人机的飞行管理。 概要，1.1关于多旋翼无人机的基本概念1.1.1基本物理概念和规律1 .速度和加速度(1)速度。 平均速度是运动物体通过的一定位移与所需时间之比v=s/t，常用单位是米/秒，式中d是速度，s是位移，t是时间。 运动物体在某个时刻(或某个位置)的速度称为瞬时速度，平时多指瞬时速度。 速度是向量，因为它有方向性。 (2)加速度。 加速度即速度的变化率是指运动物体的速度的变化量0v与其发

2、生在我：的时间0l之比，即a=Av/At，常用单位为米/(秒，秒)，式中a为加速度。 加速度是矢量，其方向是运动物体的速度变化(量)的方向，与外力的合力方向相同。 加速度为负时，表示减速。 概要，2 .牛顿的三大运动规律(1)牛顿的第一运动规律。 任何物体都不受到外力和平衡力的作用时，总是维持静止状态和等速直线运动状态，直到作用于它的外力改变该状态为止。 物体保持运动状态一定的性质被称为惯性。 因为所有物体都具有惯性，惯性是物体的物理特性，所以牛顿第一运动规律也称为惯性规律。 概要，2 .牛顿的三大运动规律(2)牛顿的第二运动规律。 物体的加速度与物体受到的外力成正比，与物体的质量成反比。 牛

3、顿第二运动规律又称加速度规律，表示力的瞬时作用规律：力和加速度同时发生，同时变化，同时消失。 牛顿第二运动定律可以用一个向量方程表示： F=ma。 式中，m是物体的质量最多，a是加速度，f是外力，应用计算时应该规定正方向，子与正方向相同的力或加速度都取停止值，相反取负值。 概述2 .牛顿三大运动规律(3)牛顿第三运动规律的两个物体之间的力和反作用力在同一直线上，大小相等，方向相反。 牛顿第三运动定律也被称为力和反作用力定律。 概要，3 .动能，势能和压力(1)动能。 动能是物体囚犯运动的能量。 动能是能量的一种，数值上是mu /2，式中e是动能，m是物体的质量，v是速度。 这在国际单位制中是焦

4、点F(J )。 动能具有瞬时性，是指在力量过程中给物体的工作等丁在这个过程中动能的变化。 动能是状态量，没有负值。 动能定理：运动质点动能的增加等于其他物体所做的工作。 动能定理一般只与物休运动的终结状态有关，从运动中发挥作用时功能的变化开始的状态的变化量。 但是，总的能量遵循能量守恒定律，能量的变化包括动能、能量、热能等能量的变化. 概要，3 .动能，势能和压力(2)势能。 电位是山相互作用的物体间的相对位置。 或者由物体内部各部分间的相对位置决定的能量，根据作用的性质，电势分为引力电势、弹性电势、电势和核电势等。 电位不是单独的物体所具有的，而是具有老虎钳作用的物体所共享。 (3)压力。

5、垂直于流体或固体界面单位面积的力是压力。 概要，4 .空气属性(1)连续性假设。 大气连续性的假设是在进行空气力学研究时，将大量单一分子构成的大气视为连续介质的过程。 所谓连续介质，是指构成介质的物质相连，内部没有间隙。 其中任意取一个微小团可以看作是由无数分子构成的，微小团表现了大米的特性，体现了很多分子的共同特性。对大气采用连续性假说的理由是，与研究对象(飞机)相比，空气分子的平均白由行程比飞机的尺寸小得多。 空气在飞机表面流动时，与飞机的相互作用不是单分子，而是无数分子共同作用的结果。 概要，4 .空气属性(2)粘性。 流体有粘性，空气也有粘性。 粘性是流体的宏观属性，流体上施加的应力和

6、由此产生的变形速度以一定的关系相连，表现为流体的内摩擦，由于粘性的能量消耗作用，在没有外部能量补充的情况下，运动的流体逐渐停止。 粘性对物体表面附近的流体运动起着重要的作用，能逐步减少流速，使物体表面为零，在一定条件下也能使流体从物体表面脱离。 在有粘性作用的地方，各层气流的速度不均匀，也是摩擦阻力的根源。 概要，5 .伯努利方程的伯努利定律的本质是流体的机械能守恒，即动能重力势=常数。 最著名的推论是：等高流动，流速大，压力小。 空气的密度容易因压力(压力)而变化，但在空气流速小的情况下，由流速引起的压力变化不足以使空气密度显着变化，这种流动称为非压缩流。 概要，6 .飞机，飞行力学和空气力

7、学(1)飞机：空代的运动体是复杂的被控制对象，要控制它，需要知道气流特性和飞机在气流毛巾飞行时的特性。 (2)飞行力学：研究了飞机在大气中飞行时的受力和运动规律，建立了飞机动力学方程。 (3)空气动力学：空气动力学是力学的分支点，研究物体与气体进行相对运动时的受力特性、气体流动规律及其伴随的物理和化学变化。 概要、7 .自动控制和自动控制系统自动控制。 自动控制是指，人自古以来就没有参与的情况下，利用追加的设备和装置，使机械、设备和生产过程中的某个工作状态和参数自动按计划运行。 相对于人工控制的概念，自动控制是工程科学的分支。 利用反馈对动态系统的自动影响，将输出值接近人们期望的值。 从方法的

8、角度来看，它是基于系统理论的。 自动控制系统。 自动控制系统，简称自我控制系统，是一种在无人的情况下可以直接使操作过程和其他过程遵循所希望的规则和预定程序的控制系统。 自动控制系统是实现自动化的主要手段，包括实现月动控制功能的装置及其被控制对象，由控制器、被控制对象、执行机构和变送器4个环节组成。 概要，1.1.2系统论的基本概念系统论是研究系统的模型性能、行为和规律的科学。 为人们认识各种系统的组成、结构性能、行为和发展规律提供了一般的方法论指导。 1 .系统的分类是指混沌无秩序的反义词，一般是有组织、有秩序地实现某个目的的一个组合。 自然界和人类社会中普遍存在着各种系统。 概要，(1)自然

9、系统。 自然系统是由自然物组成的系统，其特征自然形成。 (2)人工系统。 人工系统是人工制造的系统，主要有三种类型。 工程技术系统：是人们加工白色物品得到的零部件的组装系统。 管理系统：是由一定的制度组织、程序、手续等构成的系统。 科学系统：是基于人们对白然现象和社会现象的科学认识而建立的系统。 (3)复合系统。 复合系统是自然系统和人工系统相结合的系统。 现实生活的大部分系统都是复合系统。 概要、(4)静态系统和动态系统。 静态系统是指系统的性能和功率效率不会随时间变化的，相反的是动态系统。请注意，所谓静态系统，并不是所有的系统都是绝对静止的，即使是静态系统，也存在少量的物质、能量交换。 (

10、五)封闭系统和开放系统。 如果系统与环境没有密切的关系，即环境和能量、物质、信息的交换很少，则该系统被称为封闭系统。 (6)物理系统和虚拟系统。 实体系统是构成矿物、生物、机械、人等实体物理的存在物的系统。 对应的虚拟系统是构成非物理存在物的系统，例如概念、想象、原理规律、方法、制度、过程、程序等。 概要，2 .系统论的基本理论系统论的基本理论可概括为以下4个方面。 (1)整体功能不等于各部分功能的总和。 系统论的这个理论也被称为“整体原则”。 它在人们研究和处理问题时，必须坚定地确立全球观念。 总是把研究对象看作是有机的整体。 (2)系统的结构决定系统的功能结构是系统内部各要求的组织形式，功

11、能是系统在特定环境下发挥的作用。 系统的结构决定系统的功能，根据结构的不同，可能会发生不同的功能。 (3)动态观点。 每个系统都是运动过程。 比如思考过程通过感觉、感知、记忆、分析、综合等来表现其运动过程。 系统论、控制论、信息论都是用动态的视角来分析事物，注意事物的运动状态，考察事物的运动过程，选择合适的过程。 (4)优化的观点。 人们进行系统研究和改造的最终目的是让系统发挥最佳功能。 概要，1.1.3控制理论的基本概念1 .控制和控制理论的定义控制是控制者作用于控制对象的主动行为，使控制对象按照控制者的意志行动，如领导、指挥、管理者、教育、设计、调节如果控制有目的，控制系统的目的是一个，将

12、其称为单日标控制系统的多个情况下，称为多目标控制系统。 概要，2 .反馈控制是指在完成控制的过程中收集行动效果的响应信息，并与其响应日期的要求进行工作调整。 这种行为结果的响应信息被称为反馈信息，并且如果行为响应与目标请求匹配，则控制过程需要调整系统以使得完成的行为响应效果偏离目标，进而背对目标，最后合理地发展系统。 概要、3 .前馈控制前馈控制是没有反馈信息的控制，系统中只有前馈的控制信息信道，通常仅适用于相对简单的情况，在工程建设项目中不太被采用。 摘要，1.2多旋翼无人机系统的基本概念1.2.1多旋翼无人机定义旋翼飞机是利用旋转和旋转产生升力的飞机，是包括传统旋翼飞机在内的大家族。 概要

13、、1 .旋转翼驱动方式的分类旋转翼飞机，根据旋转翼驱动方式(有无发动机驱动)来分类，可以分为两类。 (1)旋转翼由发动机驱动的旋转翼机，例如单转子直升机和多转子机器人，其旋转翼由发动机(汽油发动机和马达)驱动，具有能够垂直升降和不在空中悬停的优点。 (2)旋翼没有发动机驱动的旋翼飞机，是利用前飞时的相对气流旋转，产生升力的旋翼飞机。 概要，2 .无人机、航空模型和航空模型运动1 )无人机是无线遥控器(半白主控制方式)或以自己的程序控制为主的无人机。 是高科技新技术的集中载体，与载人飞机相比，小型、成本低廉，无死伤风险，生存能力强、机动性好、使用方便、成本低、用途广泛等多种优点。其研发的成功和运

14、用，揭开了以远距离攻击型智能武器、信息化武器为主的“非接触战争”新篇章，受到世界各国军队的欢迎。 它在现代战争中发挥着极其重要的作用，在民间领域也具有广阔的前景。 概要，2 )航空模型航空模型简称为航空模型。 被认为不能飞的、按某一飞机的实际尺寸按一定比例制作的模型叫做飞机模型，能在空中飞行的模型叫做模型飞机，即航空模型。 航空模型是有尺寸和重量限制的小型飞机，国际航空联合会(FAI )制定的比赛规则甲明确规定：航空模型比空气重，有尺寸限制。 概要、3 )航空模型运动航空模型运动是在飞行自制航空模型的操作中进行竞争和记录飞行的航空运动。 无论是体育还是科技竞赛，其生命力都在于其有趣和知识性，有

15、助于培养人们对航空事业的兴趣，普及航空知识。 自己做的航空模型在蓝天上飞翔，经常会给青少年带来好的回忆。 摘要，3 .多旋翼无人机的定义多旋翼无人机的英语是Multirotor Unmanned Aircraft，简称MUA，是多旋翼无人机，多旋翼无人机或多旋翼无人机无法启动。 是一种没有搭载飞行员的旋翼飞机，具有垂直起降、空中悬停、低空飞行和原地旋转等独特的飞行技能，在军事市场和民间市场上很有武之地。 摘要，1.2.2多旋翼无人机系统及其飞行单元1 .多旋翼无人机系统的定义多旋翼无人机系统包括旋翼系统、地面系统、任务负荷和综合保障系统，其中旋翼无人机系统包括飞机平台、动力系统、飞行控制系统由

16、导航系统、防撞系统、起落架、数据链路搭载终端等构成的地面系统包括地面指挥控制系统、数据链路地上端终端、地面铺设设备系统等任务负荷是多旋翼无人机执行任务所需的设备，如航空照片、空中监视、电力架线、灾害救援作为气象观测、地理测绘、资源勘探、管道巡逻及农林植保等领域的各种专用设备的综合保障系统，是保证多旋翼无人机系统正常工作的辅助保障系统，主要使用人员和训练来维护设备、通信和机场设施等。 摘要、2 .多旋翼无人机飞行单元是多旋翼无人机系统的所有要素中，人是决定性的因素。 多旋翼无人机的设计生产和应用飞行所需的资金、设备、原材料、科学技术等都要由人掌握、组织和运用，以提高多旋翼无人机的飞行性能和使用效

17、率，特别是中型多旋翼无人机系统。 在实际应用飞行的过程中，为了顺利完成任务，执行飞行任务需要飞机，其主要成员有以下几个。 概要，(1)司机。 多旋翼无人机司机是经过正规训练并取得驾驶资格的“飞机”。 每次执行具体的驾驶多旋翼的无人机飞行任务时，必须由运营者任命。 他是多旋翼无人机飞行中及时操作飞行控制的人，对多旋翼无人机的飞行负责。 概要，(2)机长。 多旋翼无人机系统的机长是指在多旋翼无人机系统飞行时间内，全面负责整个系统的飞行和安全的驾驶员。 机长对多旋翼无人机的驾驶直接负责，拥有最终的决定权。 飞行中发生紧急情况时，机长必须根据当时的情况采取紧急措施。 概要，(3)观测者。 多旋翼无人机观测员的任务是在月球上观测多旋翼无人机的飞行情况，帮助驾驶员安全飞行。 观察员由运营人指定并负责有训练的人员。 (4)经营者。 经营者指试图经营或从事多旋翼无人机的个人、组织或者企业。概要、3 .载人多旋转机和旋转机的自转状态，以无人机未驾驶为特征，虽然用自己的自动控制系统自主地控制着飞行，但该机型并不适合载人机。 概要、1.3多旋翼无人机的布置、用途