微型飛行器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、微型飛行器設(shè)計(jì)導(dǎo)論,南京航空航天大學(xué)微型飛行器研究中心,微型飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),飛行動(dòng)力學(xué)建模飛行動(dòng)力學(xué)特性分析控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 能源與動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì),MAV飛行動(dòng)力學(xué)建模,質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 質(zhì)心動(dòng)力學(xué)方程質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,MAV飛行動(dòng)力學(xué)建模,,,——考慮螺旋槳滑流作用的MAV質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程,,,考慮螺旋槳滑流影響的MAV氣動(dòng)工程化模型,,,,,,航跡坐標(biāo)系下質(zhì)心動(dòng)力學(xué)方

2、程,航跡坐標(biāo)系下質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,MAV飛行動(dòng)力學(xué)建模,,,,,,,,,,,MAV繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程,,MAV繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,——考慮螺旋槳滑流作用的MAV旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程,MAV飛行動(dòng)力學(xué)建模,,,,——基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法,,,MAV運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律,在任意飛行狀態(tài)下，MAV各運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化趨勢(shì)可分為單調(diào)變化與周期性振蕩變化兩種模態(tài)，每個(gè)模態(tài)都存在穩(wěn)定與不穩(wěn)定兩種情況 。,,運(yùn)動(dòng)的模態(tài)特征可由特定數(shù)量的特

3、征參數(shù)來(lái)完全表示。振蕩運(yùn)動(dòng)模態(tài)特征可由阻尼比、固有頻率、頻率、周期、半衰周期或倍幅周期來(lái)描述；單調(diào)運(yùn)動(dòng)模態(tài)特征可選取半衰周期或倍幅周期來(lái)描述,MAV受擾動(dòng)后，其縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)主要表現(xiàn)為迎角變化，橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)主要表現(xiàn)為側(cè)滑角變化。,MAV非線性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究,,,,,,在任意初始狀態(tài)基礎(chǔ)上對(duì)MAV飛行進(jìn)行數(shù)值仿真,對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得該狀態(tài)下MAV相應(yīng)飛行品質(zhì),在飛行包絡(luò)線范圍內(nèi)，對(duì)MAV進(jìn)行飛行品質(zhì)分析,具體步驟：,獲得精確數(shù)學(xué)

4、模型,——基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法,MAV非線性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究,,,,結(jié)果：,,——基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法,MAV非線性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究,,,,,,結(jié)果：,——基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法,MAV非線性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究,,,,,,——基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法,MAV非線性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究,結(jié)果：,,,,,,MAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5、,,飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,,,,MAV導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn),導(dǎo)航系統(tǒng)任務(wù)復(fù)雜：劇烈的姿態(tài)、位置變化,系統(tǒng)硬件最優(yōu)組合 ： 尺寸與有效載荷的限制,系統(tǒng)精度、可靠性：微型MEMS電子元器件,MAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),MAV導(dǎo)航系統(tǒng),,,,,,MAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),MAV導(dǎo)航系統(tǒng),MAV導(dǎo)航系統(tǒng)方案,,,,MAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),MAV導(dǎo)航系統(tǒng),MAV導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,,,,MAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),MAV導(dǎo)航系統(tǒng),MAV導(dǎo)航

6、系統(tǒng)硬件,,,,,,姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài),狀態(tài)空間模型,四元數(shù)結(jié)構(gòu)下的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,,,加入陀螺漂移量進(jìn)行補(bǔ)償，構(gòu)成狀態(tài)矢量,,漂移量為隨機(jī)變量,,,,,,,,,,,三軸加速度計(jì)測(cè)量值,,GPS數(shù)據(jù)獲得加速度,姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài),測(cè)量空間模型,,,,,,,,兩個(gè)加速度之間的關(guān)系,,,,姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài),測(cè)量空間

7、模型,,,,,,姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài),仿真結(jié)果,,,,,,MAV質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的一般形式,,基于GPS信號(hào)的MAV導(dǎo)航信息提取,可靠性,實(shí)時(shí)性,基于純慣導(dǎo)的MAV導(dǎo)航信息提取,基于氣壓傳感器信息的MAV導(dǎo)航信息提取,,,位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化,,,,,,優(yōu)化原理,,在GPS信息有效的情況下，利用GPS定位與測(cè)速是最為直接簡(jiǎn)便的，測(cè)量精度也滿足MAV導(dǎo)航要求,純慣

8、導(dǎo)方式在組合導(dǎo)航中的權(quán)重也應(yīng)隨著工作時(shí)間的增加而不斷減小,基于空速計(jì)與高度計(jì)信息的導(dǎo)航算法有效性隨著外界風(fēng)速的增大而減小,飛行迎角與側(cè)滑角的增大也會(huì)減小這一算法的精度,,位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化,,,,,,,組合算法獲取MAV質(zhì)心位移速度,,,,,,權(quán)重系數(shù)：,,位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化,,,,,,仿真結(jié)果,,,,位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,——多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)

9、化,,,,,,,MAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),,飛行控制系統(tǒng)流程,,,,,,,,,,MAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),,飛行控制系統(tǒng)方案,微型飛行器飛行控制原理,微型飛行器在類型、布局形式上具有多樣性。不同類型不同布局形式的微型飛行器在操控方式上存在很大差異。但在微型飛行器飛行控制中所涉及到的控制思想與控制原理又具有一致性。,微型飛行器飛行控制原理,控制的基本思想：反饋反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。 測(cè)量

10、關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。 控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。,微型飛行器飛行控制律,飛行控制律，即飛行控制系統(tǒng)形成控制指令的算法。 飛行控制律描述了受控狀態(tài)變量與系統(tǒng)輸入信號(hào)之間的關(guān)系。 當(dāng)微型飛行器飛行狀態(tài)得到正確測(cè)量后，與期望值進(jìn)行比較，飛行控制律就是根據(jù)兩者之間的差異，來(lái)決定微型飛行器執(zhí)行何種操縱，來(lái)消除實(shí)際值與期望值之間的差

11、異。,微型飛行器飛行控制律,目前，微型飛行器飛行控制律設(shè)計(jì)中，普遍采用的有PID控制方法、模糊控制方法等。 下面，以固定翼微型飛行器俯仰姿態(tài)控制為例，來(lái)介紹各類常用的飛行控制方法。,微型飛行器飛行控制律,PID控制 PID （比例- 積分- 微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 PID 控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，

12、因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器，在微型飛行器飛行控制中也得到廣泛應(yīng)用。,PID控制使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp， Ki 和Kd）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。,微型飛行器飛行控制律,,比例（P）控制 控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差；積分（I）控制 　 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正

13、比關(guān)系。比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差； 微分（D）控制 　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。增加 “微分項(xiàng)”能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。,微型飛行器飛行控制律,微型飛行器飛行控制律,俯仰姿態(tài)控制（比例-微分控制）,

14、參數(shù)：kP、kD,動(dòng)力學(xué)模型分析,人員調(diào)試經(jīng)驗(yàn),P,D,,微型飛行器飛行控制律,模糊控制 模糊控制是基于模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。特點(diǎn)：,微型飛行器飛行控制律,模糊控制 人員操縱微型飛行器飛行時(shí)，通過(guò)觀察微型飛行器飛行姿態(tài)與軌跡，對(duì)其飛行進(jìn)行控制。當(dāng)操縱人員獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)所積累的知識(shí)和操縱經(jīng)驗(yàn)，做出決策，并采取相應(yīng)的控制動(dòng)作。顯然，這種決策過(guò)程不是通過(guò)精確的定量計(jì)算，而是依靠定性

15、的或模糊的知識(shí)。,微型飛行器飛行控制律,模糊控制 例如，在縱向姿態(tài)控制時(shí)，操縱人員所感知的只是縱向姿態(tài)的概念量，比如說(shuō)“俯仰角非常偏大”，他使用這一概念與頭腦中已有的控制經(jīng)驗(yàn)和模式相匹配，得到“俯仰角非常偏大應(yīng)該推桿使升降舵較大正偏”的推斷，進(jìn)而由控制機(jī)構(gòu)將“推桿使升降舵較大正偏”按照某定量值執(zhí)行，從而完成整個(gè)飛行控制過(guò)程的一個(gè)循環(huán)。,微型飛行器飛行控制律,模糊控制微型飛行器模糊飛行控制律設(shè)計(jì)步驟：建立微型飛行器各

16、狀態(tài)參數(shù)及控制量的模糊集合按照一定的模糊規(guī)則，確定模糊控制表，得到模糊關(guān)系根據(jù)模糊關(guān)系進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到相應(yīng)的模糊控制量根據(jù)一定的去模糊規(guī)則，將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確數(shù)值，得到不同狀態(tài)參數(shù)組合下的控制量，繪制模糊控制表面圖,微型飛行器飛行控制律,模糊控制 在固定翼微型飛行器俯仰姿態(tài)模糊控制律設(shè)計(jì)中，采用俯仰角實(shí)際值與期望值之間的偏差以及偏差變化率（當(dāng)期望值不變時(shí)即為俯仰角速率）作為狀態(tài)參數(shù)，升降舵偏角為控制量。,微型

17、飛行器飛行控制律,模糊控制建立狀態(tài)參數(shù)及控制量的模糊集合 對(duì)狀態(tài)參數(shù)（俯仰角偏差、偏差變化率）和控制量（升降舵偏角）按照一定精度在一定范圍內(nèi)進(jìn)行模糊化處理，并以模糊集 {PL,PM,PS,ZO,NS,NM,NL}的形式來(lái)描述。,微型飛行器飛行控制律,模糊控制建立模糊規(guī)則表，得到模糊關(guān)系 根據(jù)人員操縱經(jīng)驗(yàn)，歸納出模糊規(guī)則表，即得到在不同的狀態(tài)參數(shù)組合到控制量的模糊推理。,,根據(jù)每條推理規(guī)則，求出相應(yīng)的

18、模糊關(guān)系再根據(jù)模糊關(guān)系合成法則，建立總的模糊關(guān)系。,微型飛行器飛行控制律,模糊控制根據(jù)模糊關(guān)系進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到相應(yīng)的模糊控制量,,微型飛行器飛行控制律,模糊控制根據(jù)一定的去模糊規(guī)則，將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確數(shù)值，得到模糊控制表面圖,,對(duì)于任意一組俯仰角偏差 和偏差變化率組合，都可以獲得相應(yīng)的控制輸出。在實(shí)際飛行中根據(jù)每一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地直接由控制規(guī)則表得到相對(duì)應(yīng)的控制行為。 在離線狀態(tài)下能夠根據(jù)實(shí)際

19、情況對(duì)控制規(guī)則表進(jìn)行檢驗(yàn)修正，使其符合控制的實(shí)際要求。,微型飛行器飛行控制律,微型飛行器的飛行控制任務(wù)復(fù)雜、控制對(duì)象特性差異巨大，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇PID方法、模糊控制或其他類型的控制方法來(lái)設(shè)計(jì)微型飛行器飛行控制律。,,微型飛行器與有人飛行器的一個(gè)重要區(qū)別就是，微型飛行器與地面站應(yīng)時(shí)刻保持信息交互，地面站應(yīng)具有對(duì)微型飛行器實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)控制的能力。 微型飛行器測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)承擔(dān)對(duì)微型飛行器的遙控、遙測(cè)以及圖像信息

20、的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄和分發(fā)的任務(wù)，其工作狀態(tài)、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到微型飛行器任務(wù)的完成情況。,微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)的主要功能,微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)包括：機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)地面測(cè)控系統(tǒng),微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)的組成,機(jī)載信息傳輸系統(tǒng),微型飛行器系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的機(jī)載部分包括：機(jī)載數(shù)據(jù)終端 機(jī)載數(shù)據(jù)終端包括遙控接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及用于連接接收機(jī)和發(fā)射機(jī)到系統(tǒng)其余部分的調(diào)制解調(diào)器。天線 天線通常采用全向天

21、線，有時(shí)也要求采用具有增益的有向天線。,機(jī)載信息傳輸系統(tǒng),機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)的任務(wù)主要分為對(duì)上行信息的處理和對(duì)下行信息的處理。,機(jī)載信息傳輸系統(tǒng),機(jī)載上行信息處理：機(jī)載遙控天線接收地面遙控信息后，收發(fā)前端進(jìn)行放大和解調(diào)，經(jīng)機(jī)載編解碼電路把數(shù)據(jù)送入機(jī)載飛控計(jì)算機(jī)，可執(zhí)行地面對(duì)微型飛行器的飛行控制指令。,機(jī)載信息傳輸系統(tǒng),機(jī)載下行信息處理：下行信息包括兩部分，一部分是微型飛行器飛行信息，包括飛行器姿態(tài)，位置，飛行速度等；另一部分是任務(wù)信息（如

22、偵察視頻圖像） 。 為了保證實(shí)時(shí)視頻傳輸，必須進(jìn)行圖像數(shù)字壓縮處理。遙測(cè)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)復(fù)接、編碼后形成遙測(cè)幀數(shù)據(jù)流，進(jìn)行調(diào)制，最后經(jīng)放大、由機(jī)載全向天線發(fā)射。,機(jī)載信息傳輸系統(tǒng),微型飛行器一般對(duì)機(jī)載設(shè)備具有嚴(yán)格的重量與體積限制，要實(shí)現(xiàn)高集成的機(jī)載信息傳輸功能，在設(shè)計(jì)中必須采取以下措施：采用全數(shù)字一體化終端處理技術(shù)，如全數(shù)字化的解擴(kuò)、解調(diào)技術(shù)，由單板印制板完成，提高了集成化及可靠性；模塊各部分的電磁兼容設(shè)計(jì)；

23、對(duì)天線的合理分配、布局，以提高傳輸距離；簡(jiǎn)化的接口設(shè)計(jì)，增加各接口檢測(cè)功能等。,地面測(cè)控系統(tǒng),地面測(cè)控系統(tǒng)一方面要執(zhí)行上行和下行信息傳輸任務(wù)，另一方面也是人機(jī)之間的信息交互設(shè)備。通過(guò)地面人機(jī)交互來(lái)控制飛行器，正是微型飛行器不同于有人駕駛飛行器的特點(diǎn)。,地面測(cè)控系統(tǒng),地面測(cè)控站的功能：對(duì)遙控指令的實(shí)時(shí)發(fā)送、處理并在地面終端上顯示；對(duì)微型飛行器飛行狀態(tài)遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收；對(duì)任務(wù)視頻圖像下傳數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、顯示與記錄；在地圖背景下實(shí)

24、時(shí)繪制微型飛行器航跡；對(duì)人員調(diào)控指令臨時(shí)上傳；對(duì)遙控、遙測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；,地面測(cè)控系統(tǒng),系統(tǒng)組成 根據(jù)地面測(cè)控系統(tǒng)的任務(wù)功能要求，其系統(tǒng)應(yīng)至少具有以下三部分組成：信息接收部分，承擔(dān)接收微型飛行器的信息（包括狀態(tài)、航跡）進(jìn)行解碼編譯；控制部分，提供操作平臺(tái)(如鍵盤、手柄等)，便于地面人員實(shí)時(shí)控制飛行器的飛行和執(zhí)行任務(wù)；顯示部分，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示飛行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，繪制微型飛行器的航跡，對(duì)微型飛行器傳回的視頻圖像信號(hào)

25、進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)備用。,地面測(cè)控系統(tǒng),地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 地面測(cè)控系統(tǒng)必須具有良好的人機(jī)界面和方便靈活的操作方式。測(cè)控系統(tǒng)顯示界面至少需要包括兩部分內(nèi)容：,一部分是圖形圖像顯示內(nèi)容，包括具有背景地圖的航跡顯示，飛行器姿態(tài)的模擬顯示，對(duì)地面攝像的視頻顯示等；另一部分是飛行器飛行狀態(tài)參數(shù)，如飛行器姿態(tài)、飛行高度、飛行速度、航向、位置以及參數(shù)的更新等；還有飛行器下傳的傳感器參數(shù)，如陀螺、加速度計(jì)、磁力計(jì)、衛(wèi)星接收機(jī)

26、信息等，此外包括能源、發(fā)動(dòng)機(jī)、任務(wù)設(shè)備的檢測(cè)信息等。,地面測(cè)控系統(tǒng),地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 地面測(cè)控系統(tǒng)必須具有良好的人機(jī)界面和方便靈活的操作方式。能方便靈活地實(shí)現(xiàn)微型飛行器的指令遙控 主要由地面測(cè)控裝置的硬件按鍵或手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包括遙控飛行指令：如起飛、上升、平飛、盤旋、下降、著陸、返航、加速、減速等，飛行器起飛前自檢：電源、舵機(jī)、任務(wù)設(shè)備、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、功能切換等。,地面測(cè)控系統(tǒng),地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

27、要求 對(duì)于微小型微型飛行器，考慮到便攜性、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，可以以便攜式計(jì)算機(jī)、地面收發(fā)信息模塊以及遙控操作器組成設(shè)計(jì)地面測(cè)控站，如下圖所示。,微型飛行器其動(dòng)力裝置的主要要求是：重量輕,體積小，功重比大，易于起動(dòng)，可靠性高；此外還有低噪聲，振動(dòng)小，電磁干擾小等特殊要求。 目前針對(duì)微型飛行器動(dòng)力裝置方案，已經(jīng)使用和研究中的動(dòng)力裝置主要包括：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳、微型渦輪噴氣

28、發(fā)動(dòng)機(jī)、人造肌肉等。 考慮到微型飛行器使用條件以及各類動(dòng)力裝置技術(shù)可行性的因素，目前，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳是最常用的設(shè)計(jì)。,微型飛行器動(dòng)力裝置,電機(jī),微型飛行器可用的電機(jī)目前有兩種類型：有刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 有刷電機(jī)的電刷使用到一定次數(shù)，電刷就被磨損殆盡，必須更換電刷。,電刷,電機(jī),微型飛行器可用的電機(jī)目前有兩種類型：有刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有電刷，不存在電刷磨損，因此使用壽命遠(yuǎn)大于有刷電機(jī)。,電機(jī),微型飛行器

29、可用的電機(jī)目前有兩種類型：有刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 同樣的電力下，無(wú)刷電機(jī)能比有刷電機(jī)提供更大的動(dòng)力，效率更高。 由于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)動(dòng)力足，壽命長(zhǎng)，效率高，目前已成為微型飛行器動(dòng)力裝置中的主流。,無(wú)刷電機(jī),KV值 對(duì)于無(wú)刷電機(jī)而言，最為重要的參數(shù)就是KV值。 KV值就是輸入電壓增加1伏特,無(wú)刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。 一般而言KV值越大扭力就越小，KV值越低扭力越大。而對(duì)于螺旋槳而言，越大的槳所需扭力也

30、越大，因此電機(jī)的KV值決定了與之相匹配的螺旋槳大小。,無(wú)刷電機(jī),以某型KV 值為2100的無(wú)刷電機(jī)為例，其在11.1伏電壓下，轉(zhuǎn)速(不帶槳)就是2100*11.1=23310轉(zhuǎn)每分鐘。 該型電機(jī)11.1伏電壓下適合用5030槳，若配置8060槳，則會(huì)扭力不足，甚至損壞電機(jī)和電調(diào)。 通過(guò)改變電壓，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與之相匹配的螺旋槳也可相應(yīng)改變大小。若增大電壓，則電機(jī)轉(zhuǎn)速變高，扭力會(huì)減小，槳需要更小的

31、。反之，降低電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速變小，槳就可以更大一些。 因此，從某種意義上講，選電機(jī)就是選KV值。電機(jī)的KV值決定與之相匹配的螺旋槳以及適用的微型飛行器。,電子調(diào)速器,電子調(diào)速器（電調(diào)）的主要作用是根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 電調(diào)對(duì)應(yīng)使用的電機(jī)類型不同，也分無(wú)刷電調(diào)和有刷電調(diào)。,電子調(diào)速器,無(wú)刷電機(jī)工作必須要有電調(diào)，否則是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的。 無(wú)刷電調(diào)有這樣幾個(gè)功能：一是提供無(wú)刷電機(jī)工作的低壓交流電

32、，電機(jī)才能轉(zhuǎn)動(dòng)；二是轉(zhuǎn)換電池電壓以供接收機(jī)工作。 選擇電調(diào)是必須根據(jù)應(yīng)用情況以及電機(jī)的功率要求。電機(jī)工作時(shí)，所需的電流不能超過(guò)電調(diào)的最大電流值，超過(guò)這個(gè)值電調(diào)就可能會(huì)損毀。,電池,電池是電動(dòng)微型飛行器的能量來(lái)源，電動(dòng)微型飛行器目前普遍采用可充電電池。主要類型有充電電池有鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰聚合物電池、鐵鋰電池等。 其中鎳鎘電池已因技術(shù)落后基本淘汰，鐵鋰電池為美國(guó)新技術(shù)，還沒(méi)有完全推廣開(kāi)來(lái)。目前小型微型飛行器主要

33、用鋰聚合電池和鎳氫電池兩種類型。,電池,電壓 單體聚合物鋰電池的工作電壓為3.7V左右，在使用時(shí)，可將單體電池串聯(lián)。 如2S電池即指兩塊單體電池的串聯(lián)電池組，電壓為7.4V，3S電池指三塊單體電池串聯(lián)的電池組，電壓為11.1伏。 工作電壓并不是指電池充滿電的時(shí)的電壓。對(duì)于單體聚合物鋰電池，充滿以后電壓一般能達(dá)到4.2V。,電池,容量和放電倍率 除了

34、電壓，容量和放電倍率(C)也是電池的重要參數(shù)。 電池放電倍率用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流大小的比率。 以1200mAh的電池，1C表示1200mAh，0.2C表示240mA。 若該電池標(biāo)稱為10C，那么它的最大放電電流是1.2A*10=12A，但在10C即12A的工作狀態(tài)下，理論上只能持續(xù)工作60/10=6分鐘。,電池,容量和放電率 電池容量也是電池性能的重要性能指