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【航拍宝典】无人机相关理论知识

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什么是无人机?
无人机(UAV无人机系统:也称无人驾驶航空器系统,是指一架无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路):是一架由遥控站管理(包括远程操纵或自主飞行)的航空器,也称遥控驾驶航空器,简称无人机。以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。
我们思考一下人是怎么完成自己的位置和姿态的?
这个世界上我们只要用六个数字就可代表世界万物的点了
三个数字代表位置,三个数字代表姿态
人是怎么知道自己的位置信息的? 人是不知道自己的位置信息的, 所以发明了地图指南,现在发明了GPS
位置信息就是: (经度,纬度,高度)
人是怎么知道自己的姿态信息的? 内耳迷路中除耳蜗外,还有三个半规管、椭圆囊和球囊,后三者合称为前庭器官,是人体对自身运动状态和头在空间位置的感受器。当机体进行旋转或直线变速运动时,速度的变化(包括正、负加速度)会刺激三个半规圆或椭圆囊中的感受细胞;当头的位置和地球引力的作用方向出现相对关系的改变时,
那无人机是靠什么来感知位置的呢? GPS和指南针
那无人机是靠什么来感知姿态的呢? 惯性测量单元(IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置
导航和控制技术 无人机和人一样都是靠GPS和指南针来确定我们的位置信息 无人机和人类似都是靠IMU来感知自己的姿态系统 知道了我们在哪里和要到哪里才能确认我们应该怎么走,这就是导航技术 知道了我们的姿态,我们才能控制自己,这就是控制技术
无人机的“机”代表什么呢?
这里的机代表的不是机器而是飞机
无人机一般指的是无人机系统
第一部分地上部分
第二部分地面部分(遥控,地面站,显示设备等)
多旋翼的命名
三个及以上旋翼轴的特殊的直升机叫做多旋翼无人机或叫多轴无人机,其中旋翼是指提供动力的旋翼(螺旋桨),轴是指提供动力的旋翼的旋转轴
飞行平台系统
不同结构的多旋翼的特点:
六轴及以上多旋翼具有断桨保护功能安全性更高
四轴布局的气动效率最高
常规布局(平铺)气动效率一般高于共轴布局
共轴布局一般在同等起飞重量下轴距小于正常布局,抗风性和稳定性要高于常规布局
旋翼的相同的特点:     多轴结构对称     电机的数量多为偶数     相邻或上下两个电机转向相反     一般分为常规布局(平铺)和共轴布局
飞控系统
飞控系统以主控器为核心,通过主控器将IMU,GPS-COMPASS,PMU和电调等设备接入A2系统,利用IMU惯性导航,结合GPS可进行定高定位,实现飞行器控制功能
IMU
IMU包含了三轴加速度计,三轴陀螺和气压计,加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号,而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号,测量物体在三维空间中的角速度和加速度,气压计测量高度并以此解算出飞行器的飞行姿态。
陀螺仪原理
传统的陀螺仪主要是利用角动量守恒原理,因此它主要是一个不停转动的物体,它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而变化


微机械陀螺仪利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力
加速度计
加速度计,以下简称加计,大家可以把它想象成一个铁块,这个铁块是个立方体,有前后左右上下六个面,每个面连接有一个弹簧,弹簧另一端假设固定在一个卡车的集装箱里面,这样这个铁块就被这六个弹簧吊在集装箱里面了,由于铁块有重力,所以汽车不动时,上面的弹簧被拉长,下面的弹簧被压缩,这里假设是通过测量弹簧的拉力来输出加速度(实际有可能是电容什么的,这里不做讨论,了解特性就好),六个弹簧,两两一组,正好3个轴,这就是3轴加速度了,静止不动时,只有Z轴也就是上下两根弹簧有读数,其他两对弹簧是平衡的.现在假设汽车在做加速运动,那么不仅仅上下两根弹簧不平衡了,前后两根弹簧也会有变化,前面的弹簧拉长,后面的弹簧压缩,就有了前后方向的加速度.左右也是一个道理.
气压计
根据托里拆利(Evangelista Torricelli,1608~1647)的实验原理而制成,用以测量大气压强的仪器。气压计的种类有水银气压计及无液气压计。其用途是:可预测天气的变化,气压高时天气晴朗;气压降低时,将有风雨天气出现。可测高度。每升高12米,水银柱即降低大约1毫米,因此可测山的高度及飞机在空中飞行时的高度。
GPS
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
常见名词解释
AGPS辅助全球卫星定位系统(英语:Assisted Global Positioning System,简称:AGPS)是一种GPS的运行方式。它可以利用手机基地站的资讯,配合传统GPS卫星,让定位的速度更快
DGPS是英文Differential FDSGGlobal Positioning System的缩写,即差分全球定位系统,方法是在一个精确的已知位置(基准站)上安装GPS监测接收机,计算得到基准站与GPS卫星的距离改正数。
为什么校准地磁
正常地磁场校正(nollnalgeomagnetic correction):地球的正常磁场随着纬度的变化而变化,在磁法勘探的资料整理中,消除掉各测点上由于正常磁场变化所产生的影响,称为正常地磁场改正。
指南针
GPS 模块内含磁场传感器,用于测量当地地磁场的方向,不同地域存在差异。如果您需要使用GPS 姿态模式,请确保正确连接指南针模块,否则GPS 模块将不会工作。


任何情况下都不允许指南针模块靠近磁铁,否则会损坏指南针。若发生这种情况请及时更换新的指南针,否则将会导致您的飞行出现异常甚至失控。


在第一次飞行或者更换到离原来场地较远的新场地飞行时,请先校准指南针.校准过程(以及飞行过程)请确保远离铁磁性物质以及其它电子设备。如果持续校准失败,请检查附近是否有其它磁场或铁磁性物质干扰GPS 指南针模块。
大疆精灵3南针校准方法
其他类型传感器

GPS导航定位

超声波光流定位

雷达导航定位

视觉导航定位
动力系统
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体,现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。
无刷电机常见参数
电机的型号:
使用尺寸表示法来直观地表示电机尺寸。例如5212意思为电机定子直径52mm,定子高度12mm;而3656就是直径36mm,高度56mm;4268为直径42mm,高度68mm

KV值定义:
无刷电机KV值定义为转速/V,意思为输入电压增加1伏特,无刷电机空转转速增加的转速值。从这个定义来看,我们能知道,无刷电机电压的输入与电机空转转速是遵循严格的线性比例关系的
无刷电机详细参数
构架24N22P
24N表示槽数是24,22P表示极数是22
电子调速器(esc)
电调全称电子调速器,英文Electronic Speed Control,简称ESC。针对电机不同,可分为有刷电调和无刷电调。它根据控制信号调节电动机的转速。
对于它们的连接,一般情况下是这样的:
1、电调的输入线与电池连接;
2、电调的输出线(有刷两根、无刷三根)与电机连接;
3、电调的信号线与飞控连接。
另外,电调有的有电源输出功能,即在信号线的正负极之间,有5V左右的电压输出,通过信号线为接收机供电,接收机再为舵机等控制设备供电。
电池
动力电池主要以Li-Po(锂聚合物电池)
优点一能量密度高二放电倍率高三随充随用
缺点一贵二寿命短三不稳定


电池都有正极和负极,而负责锂离子在正负两极之间的交换工作的是电解质。和使用液态电解质的锂离子电池不同,锂电池使用的是干电解质,正负两极由一张像是烤箱里面用的锡箔纸一样的聚合物纸隔开,这也是锂聚合物电池名字的缘来。
锂离子通过干电解质聚合物的交换其实是不够快的,这也是为什么锂电池在普通室温下不可以快充的原因。当然如果你要把它放一热水袋上面充电的话,理论上是可以根据温度快充的
一块电池在冬天的时候使用会非常不给力,而在兜里暖和了以后会施放出更多的能量。同理,假设外部温度不变,一块使用锂电池的飞机在飞了一分钟以后会发现飞得更快,这正是因为电池内部的锂离子在正负极交换一段时间以后的效率随着电池化学反应而增加了。当然,也不是说越热越好,一个检查动力装置效率的最简单的办法就是落地以后检查电池温度。如果电池是温热的,就没有问题,如果电池烫手,那么就表示锂离子活动过快,很有可能是桨太大了,电机无法跟上
电池保存
锂电池由于工艺特殊,所以通常是在使用前几个小时才充满电,当不使用的时候放电至3.8至3.9伏保存(锂池最佳储存电压为3.85V左右),切忌过低或者过高电压状态下保存电池,以延长使用寿命与维持有效容量。

在20℃下可储存半年以上,这是由于它的自放电率很低,而且大部分容量可以恢复。锂电池存在的自放电现象,如果电池电压在3.6V以下长时间保存,会导致电池过放电⽽而破坏电池内部结构,减少电池寿命。因此长期保存的锂电池应当每3~6个月补电一次,即充电到电压为3.8~3.9V(锂电池最佳储存电压为3.85V左右)、保持在40%-60%放电深度为宜,不宜充满。电池应保存在4℃~35℃的干燥环境中或者防潮包装。要远离热源,也不要置于阳光直射的地方。
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abc85528452  Phantom 3 Advanced认证用户 2016-6-9 2#
好文章,增知识,学习了,谢谢楼主。
317514252  Inspire 2认证用户 2016-6-9 3#
学习了,增知识
楼主  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-9 4#
abc85528452 发表于 2016-6-9 10:35
好文章,增知识,学习了,谢谢楼主。
恩呢 大部分是在考AOPA驾驶证的时候学习到的呢~
18752703  Osmo认证用户 2016-6-9 5#
你们用的都是什么平板
305008303@qq.co  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-10 6#
不错不错~
楼主  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-10 7#
谢谢谢谢 再接再厉
楼主  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-10 8#
谢谢 ~再接再厉咯
楼主  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-10 9#
18752703 发表于 2016-6-9 22:11
你们用的都是什么平板
小米pad或者  mini吧
18752703  Osmo认证用户 2016-6-10 10#
631982307 发表于 2016-6-10 10:40
小米pad或者  mini吧
最近想弄个平板,不知道是不是一定要弄有GPS功能那种。差不少钱MINI的
东风31  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-12 11#
很专业的资料与见解。
DJI-火龙  Inspire 1认证用户 2016-6-14 12#
太专业了
DJI-火龙  Inspire 1认证用户 2016-6-14 13#
18752703 发表于 2016-6-10 16:37
最近想弄个平板,不知道是不是一定要弄有GPS功能那种。差不少钱MINI的
4g 和wifi 的就差300左右吧  2000都花了还在乎300么。。。 WiFi版的不能用智能跟随的
chenjian  Mavic 2 Zoom认证用户 2016-6-15 14#
真好。学了知识,还学了怎么保养设备。
楼主  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-17 15#
chenjian 发表于 2016-6-15 00:30
真好。学了知识,还学了怎么保养设备。
谢谢咯。还会再接再厉的
楼主  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-17 16#
谢谢咯。还会再接再厉的
Julian Tang 3   2016-6-18 17#
学习了,增知识
楼主  Phantom 3 Professional认证用户 2016-6-21 18#
大部分知识都在这儿了
852298566   2016-6-30 19#
好东西感谢分享
蜘蛛侠   2016-11-19 20#
支持你!看看继续努力学习。
FCC1314MJO  Mavic Mini认证用户 2017-4-26 21#
晕 是不是我太饿了 居然把电机那张图看成了一个放了红烧菜的锅= =。。。
djiuser_lNqWn1M  Mavic Air认证用户 2018-12-8 22#
写的好,看了后理解深刻。
已累计飞行135641米
认证设备
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