无人机及其自动控制原理概述

无人机及其自动控制原理概述

李琛

北京102600

摘要：随着科技的不断发展，无人机逐渐成为炙手可热的研究领域，目前最为普遍的是四旋翼无人机，它以机身轻便，结构简单以及可操作性强受到青睐，更多的运用于军事、民用等领域。相信随着无人机研发技术的不断增强，无人机会被运用到更多的领域。

关键词：发展现状；特点；自动控制

近年来，随着国家对科技的支持力度不断加大，各科技领域的研究都在如火如荼地进行着，无人机作为近几年发展趋势越来越好的新兴科技，也吸引了许多关注。本文就无人机的发展现状，特点以及自动控制的原理等方面进行研究。无人机的出现为军事、民间等领域的运用体现了它无法预估的价值，相信在日后不断的研发中，无人机的前景会越来越好。

1.无人机的发展现状

就国外来看，无人机的发展较为迅速，且民用无人机也占据了国外的很大比例。美国国家航天局设立了无人机的应用技术中心，致力于无人机在民用方面的研究，还和其他机构合作，例如气象局，实现天气的分析与预测，全球气候变暖，冰川水平面上升等研究。以色列以其高端的研究技术建造了国际先进的无人机，并且建立了无人机试验基地，进行先进无人机技术的研究，埃尔比特系统公司领先完成了规定程序，其赫尔姆斯450无人机在2007年5月取得了民用证书；欧洲2006年制定并立刻多方集资付诸实施“民用无人机发展路线图”，首期跨度为六年，“路线图”估计无人机的大规模运营，它的价值得到了很大的提升，从2010开始民用无人机开始得到市场重视，价值达到1亿欧元，到2015年已经大幅超越了原来的规模，突破2.7亿欧元大关。

就我国而言，目前我国前瞻产业研究院最新发布的《2018年无人机行业现状与发展趋势报告》报告显示，2015年我国无人机的发展领域得到大规模的扩展，市场规模也在不断增长，达到了66.4亿元，其中军用无人机市场规模为42.4亿元，民用无人机为24亿元。随着需求的增长和技术的更新，未来我国民用无人机发展较快，到2023年，市场规模有望达968亿元。军用无人机约为350亿元，总体上无人机行业市场规模将超过千亿，年复合增速超过60%，未来市场容量十分可观。

2.无人机的特点及用途

目前出现的较为普遍的无人机为四旋翼无人机，与其他无人机相比，具有重量轻，速度快，抓力强，载重能力大以及续航时间长等特点。在无人机的运用上，其应用的领域涉及许多方面，在民用方面，无人机被运用于农作物的培育，农户们可以通过无人机实现农作物的施肥，浇灌等培育过程；在军用方面，由于自身轻便且不易被发觉的特点，可将它用于侦查或攻击等；在电力巡检方面，能发现电力工人检查不到位的地方，及时发现电路出现的问题，防止重大电路泄露事故的发生。

3.无人机的自动控制原理

（1）控制原理

飞控通过接收机接收遥控器发送的遥控信号（地面站控制时：地面站通过云航灯或电台发送给飞控的自主飞行指令），经过飞控程序处理后，通过电调来控制各个电机的转速，从而达到控制飞行器动作的目的。

（2）飞控

飞控即飞行控制系统是飞机的大脑，无人机在飞行过程中，利用自动控制系统，能够对飞行器的构形、飞行姿态和运动参数实施控制，其载有加速度计、陀螺仪、气压计、罗盘等传感器。由它来控制各个电机的转速进而控制飞机的姿态，加上GPS或差分GPS可完成定点悬停，自主航线飞行等功能。

（3）遥控器

遥控器模式常用的有美国手和日本手，遥控器上油门的位置在左边是美国手，右边是日本手。个人觉得美国手比较符合认知规律。美国手（左边遥杆：上下控制油门，左右控制方向；右边遥杆：上下控制前进后退，左右控制左右移动）日本手（左遥杆：上下控制前进后退，左右控制方向；右遥杆：上下控制控制油门，左右控制左右移动）。

（4）电调

动力电机的调速系统成为电调，全称电子调速器，它根据控制信号调节电动机的转速。根据动力电机不同可分为无刷调和有刷电调，无刷电调控制无刷电机，有刷电调控制有刷电机。无刷电调输入是直流，可以接稳压电源或锂电池。输出是三相交流，直接与电机的三相输入端相连。选择电调时要注意电调与电机匹配，一般根据额定载荷下通过单个电机的最大电流选择电调。

（5）电机

无人机上用的电机一般分为有刷电机和无刷电机，有刷电机一般用的微型航模上比如空心杯电机，目前无人机上的电机大部分用的都是无刷电机。

无刷电机通过三相交流电产生一个旋转磁场驱动转子转动，通过pwm控制速度。小体积、高效率和稳态转速误差小等特点，无刷电机要配合电子调速器（电调）使用。

（6）桨

螺旋桨，将电机转动功率转化为推进力或升力。螺旋桨高速转动时，由于桨叶特殊的机构，会在桨上下面形成一个压力差，产生一个向上的拉力，螺旋桨有两个重要的参数，桨直径和桨螺距，单位均为英寸。比如8060桨，代表桨直径是8英寸。即8*2.54＝20.32cm。螺距则为6英寸。桨分正桨和逆桨，安装时正桨安装在顺时针旋转的电机上，逆桨安装在逆时针旋转的电机上，怎么区分正逆桨呐？具体方法很多，这里简单说个方法，桨正确安装在电机上，顺时针旋转桨叶，产生向下风力的是正桨，逆时针旋转桨叶，产生向下风力的是反桨。

（7）电池

无人机上用的电池一般是高倍率锂聚合物电池。电池上几S代表什么呐？几S即为几片电池串联，例如20000mAh6s25c就是6片20000mAh的电池串联。一片电池多少伏呐？一片电池额定电压3.7V，充满电压4.2v（4.35V高压版电池），电池上几C代表什么呐？C即放电倍率。是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，在数据值上等于电池额定容量的倍数。比如20000mAh25C，那么它的最大放电电流就是20*25=500A。选择电池是要注意，电池的最大放电电流要大于各个电机的总电流，电池的选择决定飞行的时间的多少。

4.无人机的发展前景

无人机由于其自身独特的设计，能够更好地实现人类对某些特殊领域的探索，随着无人机在军事和民用等领域的不断普及，它的优势也在被逐渐放大，它的发展规模也越来越大，就目前来看，无人机可执行任务的种类越来越多，促使人们越来越有兴趣研制和试验各种用途的无人机，现在无人机比有人驾驶飞机的种类还多，目前无人机主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大平台，其它小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。随着科研技术的不断提升，无人机在未来扮演着越来越重要的角色。

5.小结

随着科学技术的不断发展，各种新兴科技不断涌现，无人机也在其中占据很重要的部分。目前在国际和国际上都得到广泛运用，主要运用于军事和民用领域。它以重量轻，速度快，抓力强，载重能力大以及续航时间长等特点被应用于许多领域。且可操作性强，能够和地面形成很好的交互，它的控制原理是飞控通过接收机接收遥控器发送的遥控信号，地面站控制时：地面站通过云航灯或电台发送给飞控的自主飞行指令，经过飞控程序处理后，通过电调来控制各个电机的转速，从而达到控制飞行器动作的目的。尽管无人机拥有许多的优点，但是科技不断的进步，传统的无人机想要在国际大潮流的竞争中生存下来显然是不可能的，只有不断研发，才能不断突破，运用于更多领域当中。

参考文献：

[1]W.HK.贵飞“鹞鹰”无人机系统完成首次实时巡查出警任务[J].军民两用技术与产品.2017（11）

[2]李强,张淑丽,蒙文巩.国外舰载无人机着舰引导技术发展现状[J].无人系统技术.2018（02）

作者简介：

李琛，男（汉），出生于1990年3月.陕西省延安市人，66011部队.身份证号：610629199003161636.研究方向：无人机