固定翼航模及四旋翼无人机基础

2023-05-16

目录

一、机架

二、电机参数

1、电机的尺寸和KV值

2、KV值与力、桨的关系

三、桨叶参数

1、桨叶的直径和螺距

2、桨叶选配

3、电机与桨叶搭配表

四、电池与电调

五、航模电子设备连线图解

1、固定翼整机

2、多旋翼整机

3、接收机

4、带sbus输出的接收机与舵机的连接方式

5、数传系统 

6、滑翔机采购清单

六、电机与运动(X型)

1、四旋翼航向与电机转向关系

2、电机转速与飞机四个通道运动关系

3、四旋翼无人机姿态表示:坐标系与欧拉角的定义关系

(1)机体坐标系的表示

(2)欧拉角定义

七、PID

八、基于ROS、Gazebo、hector_quadrotor模型的无人机编队仿真系统框架图


一、机架

四轴常见轴距:250mm、330mm、380mm、450mm、500mm

重量参考:冲浪者600g,植保无人机15kg左右,大疆八轴s1000是4.4kg,六轴s8000不知道多重,反正贼重。

二、电机参数

1、电机的尺寸和KV值

  • 尺寸:如2212,指直径22mm高度12mm。
  • KV值:低的有3-5百,高的有3-5千,表示 电压每升高1V,电机增加的转速。

电机参数参考:1.2m滑翔机2216/1400kv,1.4m冲浪者2212/2200kv

2、KV值与力、桨的关系

KV值越大,速度越快,但是力量越小;KV值越小,速度越慢,但是力量越大;如果不能理解的,可以想想汽车的档位,汽车挂一档时,力量最大,但是速度最慢,挂五档时,力量最小,但速度最快。

一般相对而言: KV值低的电机,绕线细,匝数多,转速慢,扭力大,载重大,适合配大桨。 KV值高的电机,绕线粗,匝数少,转速快,扭力小,载重小,适合配小桨。

扭矩:扭矩用来克服空气阻力的 输出的扭矩是要和阻力匹配的 多大阻力就是多大扭矩 螺旋桨受到的阻力和桨的直径 螺距 桨面积大小都有关系 关系最大的就是直径 所以大螺旋桨 阻力就大 就要让电机输出的扭矩也大 kv越小相同电压下转速越小 P=FV 因而力量越大 所以kv就要低一些 这样才能把更多的功率分配到力量上 也就是扭矩上

三、桨叶参数

1、桨叶的直径和螺距

比如标识9450的桨叶,就是转动圆周直径9.4英寸,叶片螺距50度。

2、桨叶选配

桨叶与空气的作用力,除了产生垂直向上的推力外,还产生横向的水平推力,使空气旋转。一般希望横向推力越小越好。螺距越大,横向推力越大,力效越低。 四旋翼采用2只电机正转,2只电机反转,以相互抵消横向推力。飞机改变航向,要用到横向推力。

选配桨叶,要根据四旋翼的载重,电机的性能指标,选配合适的桨叶,达到最佳效率。

一般低速电机配大浆,高速电机配小浆。载重量大配大桨,载重量小配小桨。选用细长的桨叶,效率会更高。

选配的桨叶面积越大,推力越强,四旋翼为了维持飞行平衡,就自动降低电机转速,电机转速越低,电流越大,发热多,能耗高。所以,用同样一块电池,采用大面积桨叶,飞行时间会短一些。

3、电机与桨叶搭配表

仅供参考:

采用三节锂电池串联的电池组(3S),电池组电压11.1V;

  • KV900-1000的电机配1060或1047浆,9寸浆也可以。
  • KV1200-1400配950(9寸浆)至8*6浆
  • KV1600-1800左右的7寸至6寸浆
  • KV2200-2800左右的5寸浆 KV3000-3500左右的4530浆

采用两节锂电池串联的电池组(2S),电池组电压7.4V;

  • KV1300-1500左右用950浆
  • KV1800左右用760浆
  • KV2500-3000左右用5X3浆
  • KV3200-4000左右用4.5x3.0浆

四、电池与电调

电池容量:2200mAh,表示以2200MA电流放电,能提供1小时电能

放电倍率C:指电池的放电能力,最大电流是:容量与放电倍率C的乘积,如5400MAH,30C的电池,最大短路电流是:5.4X30=162A(安培),四旋翼采用无刷电机,功率很大,工作电流大,可达到10几安培,所以航模电池放电倍率大的电池组,一般是20C,30C,40C

五、航模电子设备连线图解

1、固定翼整机

常见固定翼连线

2、多旋翼整机

穿越机连线举例

 

Pixhawk连线(rx接收机、esc电调、servo舵机、power distribution分电板、voltage/current电压/电流)
Pixhawk连线

3、接收机

pwm接收机与飞控连线
某ppm与pwm转接器

 

4、带sbus输出的接收机与舵机的连接方式

多通道连接常规舵机
sbus通道连接sbus舵机

5、数传系统 

某数传系统

6、滑翔机采购清单

某1.2滑翔机采购清单

六、电机、运动与坐标系(以下都以X型四旋翼为例)

1、四旋翼航向与电机转向关系

2、电机转速与飞机四个通道运动关系

关于四旋翼的横滚、俯仰、偏航运动,网上那么多资料都说的是十字型的

但是,实物到手看看两个电机还是一个电机在打头阵就知道了,拿到实物的四旋翼无人机百分之90都是X型机架!!!市面上卖的航拍的大疆的、迷你的PCB板儿有刷的、穿越机的,包括做科研自己攒的都是X型。十字型根本不好用、没人用、用不着啊,除了控制理论领域。

所以十字型、X型资料鱼龙混杂。 X型四旋翼运动时电机变化根本不是那种画的很漂亮的、流传很广的十字型示意图的俯仰、横滚、偏航,x y z坐标系定义也根本不一样。

 

3、四旋翼无人机姿态表示:坐标系与欧拉角的定义关系

(1)机体坐标系的表示

(2)欧拉角定义

将欧拉角定义为:飞机从世界系变化到机体系(从大地→飞机的目标姿态),分别绕着自己的x、y、z轴旋转了ϕ、θ、ψ。

用欧拉角进行姿态表示,其变化能够表示出机体旋转角速度。

七、PID

八、基于ROS、Gazebo、hector_quadrotor模型的无人机编队仿真系统框架图

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