多旋翼飞行器原理.pdf

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四旋翼飞行器结构和原理

1.结构形式

旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，
且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架
中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图1.1所示。

2.工作原理

四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变
化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，
但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

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四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4
顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时
针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表
示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。

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（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力
增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，
同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现
了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的
自重时，飞行器便保持悬停状态。

（2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降（改变
量大小应相等），电机2、电机4的转速保持不变。由于旋翼1的升力上升，
旋翼3的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转，同理，当电机1的
转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器
的俯仰运动。

（3）滚转运动：与图b的原理相同，在图c中，改变电机2和电机4的转速，
保持电机1和电机3的转速不变，则可使机身绕x轴旋转（正向和反向），实
现飞行器的滚转运动。（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会
形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正
转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速
有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器
不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行
器转动。在图d中，当电机1和电机3的转速上升，电机2和电机4的转速
下降时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，
机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电
机1、电机3的转向相反。

（5）前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面
内对飞行器施加一定的力。在图e中，增加电机3转速，使拉力增大，相应减
小电机1转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要
保持平衡。按图b的理论，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力
产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。
（在图b图c中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿x、y轴的
水平运动。）

（6）倾向运动：在图f中，由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运
动完全一样。

首先声明本人也是菜鸟，此教程就是从一个菜鸟的角度来讲解，现在论坛上的帖
子都突然冒很多名词出来，又不成体系，我自己开始学的时候往往一头雾水，相
信很多新手也一样。所以在这个帖子里面，我都会把自己遇到的疑惑逐一讲解。

【概述】
1、diy四轴需要准备什么零件
无刷电机（4个）
电子调速器（简称电调，4个，常见有好盈、中特威、新西达等品牌）

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螺旋桨（4个，需要2个正浆，2个反浆）
飞行控制板（常见有KK、FF、玉兔等品牌）
电池（11.1v航模动力电池）
遥控器（最低四通道遥控器）
机架（非必选）
充电器(尽量选择平衡充电器)

2、四轴零件之间的接线与简单说明

4个电调的正负极需要并联（红色连一起，黑色连1一起），并接到电池的正负
极上；
电调3根黑色的电机控制线，连接电机；
电调有个BEC输出，用于输出5v的电压，给飞行控制板供电，和接收飞行控制
板的控制信号；
遥控接收器连接在飞行控制器上，输出遥控信号，并同时从飞行控制板上得到
5v供电；

【基本原理与名词解释】
1、遥控器篇
什么是通道？
通道就是可以遥控器控制的动作路数，比如遥控器只能控制四轴上下飞，那么就
是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有：上下、左右、前后、
旋转
所以最低得4通道遥控器。如果想以后玩航拍这些就需要更多通道的遥控器了。