第一讲 无人机系统原理和系统组成

⽆⼈机⼯作原理：原理与核⼼系统介绍每次别⼈⼿⾥拿着遥控器时，看着⽆⼈机在空中⾃由飞翔，真是太酷了。

但是你知道⽆⼈机是如何⼯作的吗？⽬录Ⅰ⽆⼈机1.1 概念1.2 应⽤1.3 组成⼆、飞控系统2.1 概念2.2 飞控系统组件模块2.3 功能三、主控模块MCU3.1 概念3.2 ⽆⼈机⼯作原理3.3 单⽚机任务四、常见问题Ⅰ⽆⼈机1.1 概念⽆⼈驾驶飞⾏器（UAV），⼜称⽆⼈机，是⼀种由⽆线电遥控设备和⾃⾝的程序控制装置操作，或完全或间歇地由机载计算机操作的⽆⼈驾驶飞机。

1.2 应⽤⽆⼈机不仅⼴泛应⽤于航拍、农业、植物保护、微型⾃拍、快递运输、灾害救援和野⽣动物观察等领域，还⽤于测绘、传染病监测等。

1.3 组成⽆⼈机由机⾝、飞⾏控制系统、数据链系统、发射回收系统和电源系统组成。

飞⾏管控系统相当于⽆⼈机系统的“⼼脏”部分，对⽆⼈机的稳定性、数据可靠性、准确性和实时性具有重要影响，对其飞⾏性能具有决定性作⽤。

⼆、飞控系统2.1 概念飞控系统是⽆⼈机的核⼼控制装置，相当于⼤脑。

是否安装飞控系统也是区分⽆⼈机和通⽤航空机型的重要指标。

经过早期的遥控飞⾏，其导航和控制⽅式已发展为⾃主飞⾏和智能飞⾏。

导航模式的改变对飞控计算机的精度要求更⾼，任务复杂度的增加对计算机的计算能⼒要求更⾼。

⼩型化不仅对飞控计算机的功耗和体积提出了很⾼的要求，⽽且要求体积⼩，移动性好。

⾼精度不仅要求计算机控制精度⾼，还需要有运⾏复杂控制算法的能⼒。

2.2 飞控系统组件模块飞控系统实时采集各传感器测得的飞⾏状态数据，并从地⾯测控站的通信信道接收⽆线电测控终端发送的控制指令和数据。

计算后，将控制命令输出到执⾏机构，实现对⽆⼈机各种飞⾏模式的控制，实现对任务设备的管理和控制；同时将⽆⼈机的状态数据和发动机、机载供电系统和任务设备的运⾏状态参数实时传输到机载⽆线电数据终端，然后通过⽆线电下⾏信道回传给地⾯监测站。

根据功能，飞控系统的硬件包括：主控模块、信号调理及接⼝模块、数据采集模块、伺服驱动模块。

近年來無人機的應用逐漸廣泛，不少愛好者想集中學習無人機的知識，本文從最基本的飛行原理、無人機系統組成、組裝與調試等方面著手，集中講述了無人機的基本知識。

第一章飛行原理本章介紹一些基本物理觀念，在此只能點到為止，如果你在學校已上過了或沒興趣學，請跳過這一章直接往下看。

第一節速度與加速度速度即物體移動的快慢及方向，我們常用的單位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞ 0加速度即速度的改變率，我們常用的單位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是負數，則代表減速。

第二節牛頓三大運動定律第一定律：除非受到外來的作用力，否則物體的速度(v)會保持不變。

沒有受力即所有外力合力為零，當飛機在天上保持等速直線飛行時，這時飛機所受的合力為零，與一般人想像不同的是，當飛機降落保持相同下沉率下降，這時升力與重力的合力仍是零，升力並未減少，否則飛機會越掉越快。

第二定律：某品質為m的物體的動量(p = mv)變化率是正比於外加力 F 並且發生在力的方向上。

此即著名的F=ma 公式，當物體受一個外力後，即在外力的方向產生一個加速度，飛機起飛滑行時引擎推力大於阻力，於是產生向前的加速度，速度越來越快阻力也越來越大，遲早引擎推力會等於阻力，於是加速度為零，速度不再增加，當然飛機此時早已飛在天空了。

第三定律：作用力與反作用力是數值相等且方向相反。

你踢門一腳，你的腳也會痛，因為門也對你施了一個相同大小的力第三節力的平衡作用於飛機的力要剛好平衡，如果不平衡就是合力不為零，依牛頓第二定律就會產生加速度，為了分析方便我們把力分為X、Y、Z三個軸力的平衡及繞X、Y、Z三個軸彎矩的平衡。

軸力不平衡則會在合力的方向產生加速度，飛行中的飛機受的力可分為升力、重力、阻力、推力﹝如圖1-1﹞，升力由機翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力產生，阻力由空氣產生，我們可以把力分解為兩個方向的力，稱x 及y 方向﹝當然還有一個z方向，但對飛機不是很重要，除非是在轉彎中﹞，飛機等速直線飛行時x方向阻力與推力大小相同方向相反，故x方向合力為零，飛機速度不變，y方向升力與重力大小相同方向相反，故y方向合力亦為零，飛機不升降，所以會保持等速直線飛行。

无人机结构与系统-第一章无人机结构与飞行原理第一章无人机结构与飞行原理无人机是一种没有人员搭乘的飞行器，它由多个组件和系统构成。

本章将详细介绍无人机的结构和飞行原理。

1. 无人机结构无人机的结构可以分为以下几个主要部分：- 机身：无人机的机身是整个飞行器的主体部分，它承载其他组件和系统，并提供稳定性和结构强度。

机身通常由轻质材料如碳纤维复合材料构成，以减轻重量并提高飞行性能。

- 机翼：无人机的机翼负责提供升力，使飞行器能够在空中飞行。

机翼的形状和设计会影响无人机的飞行性能和稳定性。

- 尾翼：尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，用于控制无人机的姿态和方向。

水平尾翼控制俯仰运动，垂直尾翼控制偏航运动。

- 起落架：起落架用于无人机的起降过程，提供地面支撑和保护其他部件。

起落架通常由轮子和避震系统组成。

- 传感器和负载：无人机通常配备各种传感器和负载，如相机、雷达、红外线传感器等。

这些传感器和负载用于收集数据和执行特定任务，如航拍、监测和侦察。

2. 无人机飞行原理无人机的飞行原理与有人飞机类似，都是基于气动力学原理。

无人机的飞行主要依靠以下几个力：- 升力：升力是垂直向上的力，由机翼产生。

当无人机在空中飞行时，机翼产生的升力抵消了重力，使无人机能够保持在空中。

- 阻力：阻力是与飞行方向相反的力，由空气对无人机的阻碍产生。

阻力会减少无人机的速度，并消耗能量。

- 推力：推力是沿着飞行方向的力，由发动机或电动机产生。

推力推动无人机向前飞行。

- 重力：重力是向下的力，由地球的引力产生。

重力作用下，无人机需要产生足够的升力才能保持在空中。

无人机的飞行控制主要通过调整姿态和推力来实现。

姿态调整通过控制尾翼的运动来改变无人机的姿态，从而实现俯仰和偏航运动。

推力调整通过调整发动机或电动机的输出来改变无人机的速度。

总结：本章详细介绍了无人机的结构和飞行原理。

无人机的结构包括机身、机翼、尾翼、起落架和传感器等组件。

无人机的飞行原理主要依靠升力、阻力、推力和重力等力的作用。

简述无人机控制系统组成和工作原理
无人机控制系统由以下几个部分组成：
1. 遥控器：用于向无人机发送指令，包括飞行方向、速度、高度等参数。

2. 飞控系统：负责接收遥控器指令，并控制无人机的飞行姿态、高度、速度等参数。

3. 传感器系统：包括陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计等，用于感知无人机的姿态、高度、速度等状态。

4. 电机系统：包括电机、电调、螺旋桨等，用于控制无人机的飞行。

无人机控制系统的工作原理如下：
1. 遥控器向无人机发送指令，包括飞行方向、速度、高度等参数。

2. 飞控系统接收遥控器指令，并根据传感器系统提供的姿态、高度、速度等状态信息，计算出无人机的飞行控制指令。

3. 飞控系统将计算出的飞行控制指令发送给电机系统，控制无人机的飞行姿态、高度、速度等参数。

4. 电机系统接收飞行控制指令，控制电机转速和螺旋桨旋转方向，从而实现无人机的飞行。

同时，电机系统还会不断向飞控系统发送传感器数据，以便飞控系统进行实时控制和调整。

无人机结构及原理无人机，又称无人驾驶飞行器，是一种无需搭载人员进行飞行控制的飞行器。

它由飞行器本体、遥控系统、导航系统、电子设备等部分组成。

无人机的结构和原理是其能够正常飞行和执行任务的基础，下面将对无人机的结构和原理进行详细介绍。

首先，无人机的结构主要包括机翼、机身、动力系统、传感器和控制系统等部分。

机翼是无人机的主要承载部分，通过产生升力使得飞行器能够在空中飞行。

机身是无人机的主要结构支撑部分，同时也容纳了飞行器的各种设备和系统。

动力系统一般采用螺旋桨或喷气发动机，为无人机提供动力。

传感器和控制系统则是无人机的“大脑”，通过传感器获取环境信息，并通过控制系统进行飞行控制和任务执行。

其次，无人机的原理主要包括气动原理、动力学原理和控制原理。

气动原理是无人机能够在空中飞行的基础，它包括升力产生、阻力和气动力学等内容。

动力学原理是无人机能够稳定飞行的基础，它包括飞行器的姿态稳定、动力平衡和飞行性能等内容。

控制原理是无人机能够实现自主飞行和执行任务的基础，它包括飞行器的姿态控制、航向控制和飞行路径规划等内容。

在无人机的飞行过程中，结构和原理相互作用，共同保障了无人机的正常飞行和任务执行。

无人机的结构设计必须考虑气动原理和动力学原理，以保证飞行器的飞行性能和稳定性。

控制系统则通过实时获取传感器信息，对飞行器进行精准控制，实现飞行器的自主飞行和任务执行。

总的来说，无人机的结构和原理是其能够正常飞行和执行任务的基础，它们相互作用，共同保障了无人机的飞行安全和任务完成。

随着科技的不断发展，无人机的结构和原理也在不断完善和创新，为无人机的应用领域提供了更广阔的空间。

希望本文对无人机的结构和原理有所帮助，谢谢阅读！。

无人机结构与系统-第一章无人机结构与飞行原理引言无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)作为一种重要的航空器，具有广泛的应用前景。

无人机的结构和飞行原理是理解和操作无人机的基础。

本章将介绍无人机的结构和飞行原理，包括无人机的基本构件和组成部分，以及无人机的飞行原理和控制方式。

无人机结构1. 机翼无人机的机翼是支撑无人机飞行的主要部件。

机翼一般采用翼型结构，具有升力产生的功能。

翼型的选择和设计是影响无人机性能的关键因素之一。

2. 机身无人机的机身是无人机的主要结构框架，承载着各个部件，并提供支撑和保护。

机身一般由轻质材料制造，可以是金属、塑料或复合材料等。

3. 推进系统无人机的推进系统用于提供动力，驱动无人机前进。

推进系统可以采用多种方式，如螺旋桨、发动机、电动机等。

推进系统的选择和设计直接影响无人机的速度、续航能力和负载能力。

4. 起落架无人机的起落架用于在地面起飞和着陆时提供支撑和保护。

起落架一般由弹性材料制成，能够吸收和减轻着陆冲击。

无人机飞行原理1. 升力和重力平衡在无人机飞行过程中，机翼产生的升力和重力之间需要保持平衡，以保持无人机的稳定飞行状态。

升力产生的主要物理原理是空气动力学中的伯努利方程和牛顿第三定律。

2. 推力和阻力平衡无人机的推进系统产生的推力和飞行时空气阻力之间需要保持平衡。

推力产生的主要物理原理是牛顿第三定律，而空气阻力是无人机运动过程中的主要阻力源。

3. 控制与稳定无人机的飞行过程中需要进行控制和稳定，以保持飞行方向和姿态的稳定。

无人机的控制方式一般包括遥控操作和自动驾驶控制。

稳定性保持是通过各个部件的设计和控制算法实现的。

结论无人机的结构和飞行原理是了解和操作无人机的基础。

理解无人机的结构组成和飞行原理可帮助我们更好地设计和操作无人机，提高无人机的性能和安全性。

通过掌握无人机的结构和飞行原理，我们可以更好地应用无人机技术，为各行各业提供更多的机会和解决方案。

无人机的结构、飞行原理、系统组成、组装与调试目录第一章初步认识无人机的基本构成第二章无人机的飞行原理第三章飞行操作：模拟—电动—油动第四章无人机的发动机第五章无人机的系统组成第六章无人机的组装第七章无人机的调试第一章初步认识无人机的基本构成无人机最早出现于第二次世界大战时，直至近几年有厂商逐步把军用无人机技术转移至电子消费品的生产之上，制成定价较平、操作较易的无人机，始令无人机在消费者市场大热起来。

今次Lock Sir便为大家讲解无人机的运作结构及飞行原理。

一般来说，无人机有飞行器机架、飞行控制系统、推进系统、遥控器、遥控信号接收器和云台相机等6大构成部分。

1. 飞行器机架飞行器机架（Flying Platform）的大小，取决于桨翼的尺寸及电机（马达/马达）的体积：桨翼愈长，马达愈大，机架大小便会随之而增加。

机架一般采用轻物料制造为主，以减轻无人机的负载量（Payload）。

2. 飞行控制系统飞行控制系统（Flight Control System）简称飞控，一般会内置控制器、陀螺仪、加速度计和气压计等传感器。

无人机便是依靠这些传感器来稳定机体，再配合GPS 及气压计数据，便可把无人机锁定在指定的位置及高度。

3. 推进系统无人机的推动系统（Propulsion System）主要由桨翼和马达所组成。

当桨翼旋转时，便可以产生反作用力来带动机体飞行。

系统内设有电调控制器（Electronic Speed Control），用于调节马达的转速。

4. 遥控器这是指Remote Controller或Ground Station，让航拍玩家透过远程控制技术来操控无人机的飞行动作。

5. 遥控信号接收器主要作用是让飞行器接收由遥控器发出的遥控指令信号。

4轴无人机起码要有4条频道来传送信号，以便分别控制前后左右4组旋轴和马达。

6. 云台相机目前无人机所用的航拍相机，除无人机厂商预设于飞行器上的相机外，有部分机型容许用户自行装配第三方相机，例如GoPro Hero 4运动相机或Canon EOS 5D系列单眼相机，惟近年亦有厂商提倡采用M4 /3无反单眼（如：Panasonic LUMIX GH4）作航拍用途。

无人机的构造和原理
无人机由以下几个主要部分构成：
1.机体：通常由轻质材料，例如碳纤维、塑料、铝合金等制成，以降低重量，提高机动性。

2.动力系统：无人机的动力来源通常有三种形式：电池、燃料发动机和涡轮发动机。

3.控制系统：包括飞行控制系统和导航系统，以及任何必要的助力系统，如遥控器（手持控制器）和/或自动飞行控制器（自主系统）。

4.传感器：包括摄像头、红外传感器、雷达等。

工作原理：
无人机的工作原理基于对电磁学原理、航空学、计算机科学和控制工程的应用。

无人机的飞行过程中，数据从传感器中收集，并经过控制系统的处理，以调整机体的姿态和飞行方向。

无人机通常通过遥控器或预先设置的飞行计划控制，继而执行特定的任务或航线。

近年来无人机的应用逐渐广泛，不少爱好者想集中学习无人机的知识，本文从最基本的飞行原理、无人机系统组成、组装与调试等方面着手，集中讲述了无人机的基本知识。

第一章飞行原理本章介绍一些基本物理观念，在此只能点到为止，如果你在学校已上过了或没兴趣学，请跳过这一章直接往下看。

第一节速度与加速度速度即物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞0加速度即速度的改变率，我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是负数，则代表减速。

第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。

没有受力即所有外力合力为零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零，与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。

第二定律：某质量为m的物体的动量(p = mv)变化率是正比于外加力 F 并且发生在力的方向上。

此即着名的F=ma 公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速度，飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。

第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反。

你踢门一脚，你的脚也会痛，因为门也对你施了一个相同大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零，依牛顿第二定律就会产生加速度，为了分析方便我们把力分为X、Y、Z三个轴力的平衡及绕X、Y、Z三个轴弯矩的平衡。

轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞，升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称x 及y 方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反，故x方向合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞行。

无人机原理与构造
无人机，又称无人驾驶飞行器，是一种不需要人操控就能自主飞行的飞行器。

它的出现给人类带来了许多便利，可以应用于军事侦察、农业喷洒、自然灾害勘测等领域。

本文将从无人机的原理和构造两个方面进行介绍。

首先，我们来谈谈无人机的原理。

无人机的飞行原理与有人飞机类似，都是利
用空气动力学的原理来实现飞行。

无人机主要包括机翼、发动机、飞行控制系统等部件。

机翼产生升力，发动机提供动力，飞行控制系统控制飞行姿态和方向。

无人机的飞行控制系统采用了先进的航空电子技术，能够实现自主飞行、自动悬停、自动避障等功能。

其次，我们来探讨一下无人机的构造。

无人机的构造包括机身、机翼、尾翼、
发动机、螺旋桨、飞行控制系统等部件。

机身是无人机的主体结构，承载着其他部件，通常采用轻质材料制造，以提高飞行效率和续航能力。

机翼是产生升力的部件，通常采用对称翼型或者半对称翼型，以提高飞行稳定性和升力系数。

尾翼是控制飞行姿态和方向的部件，通常采用升降舵和方向舵来实现。

发动机和螺旋桨提供动力，通常采用涡轮发动机和可变螺距螺旋桨来实现高效率的飞行。

飞行控制系统是无人机的大脑，通过飞控芯片、惯性导航系统、GPS等设备来实现飞行控制和导航功能。

总的来说，无人机的原理和构造是密不可分的，原理决定了构造，构造体现了
原理。

无人机的飞行原理是基于空气动力学的理论，构造是通过机身、机翼、尾翼、发动机、螺旋桨、飞行控制系统等部件来实现的。

只有充分理解无人机的原理和构造，才能更好地应用和改进无人机技术，为人类社会的发展做出更大的贡献。

无人机的系统结构和组成无人机系统结构主要包括五个部分，分别是：飞机平台系统、飞行控制与管理分系统、任务设备分系统、通讯与数据链系统、地面控制站及保障系统。

1. 飞机平台系统：是无人机飞行的主体平台，主要提供飞行能力和装载功能。

由机体结构、动力装置、电气设备等组成。

2. 飞行控制与管理分系统：是对无人机实现控制与管理，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务、返场着陆等整个飞行过程的核心系统。

3. 任务设备分系统：根据使用用途进行安装，无人机可装载的任务载荷包括：倾斜摄影相机、光电吊舱、根据任务需要进行换装，通过地面控制站实现任务设备信息的实时监视、记录，完成侦察、通信情报分析与分发。

4. 通讯与数据链系统：通讯与数据链分系统包括：地面数据链路与机载数据链，地面数据链路主要完成地面控制站至无人机的遥控指令的发送和接收，机载数据链主要完成无人机至地面站的遥测和载荷数据，用于传送无人机的姿态、位置、机载设备的工作状态、当前遥控指令和实时图像等。

5. 地面控制站及保障系统：主要完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和任务设备信息传输，实现对无人机和机载任务设备的远距离控制。

无人机主要由机身、动力系统、飞控系统、通信系统、导航系统、任务系统组成。

1.机身：是无人机的主要部分，相当于人体的骨骼，为无人机提供支撑和搭载设备。

2.动力系统：主要提供飞行动力，包括电机、电源、电池等设备。

3.飞控系统：是无人机的核心系统之一，通过GPS、北斗导航系统对无人机进行定位和导航，实现无人机的自主飞行。

4.通信系统：主要完成地面控制站与无人机之间的遥控指令和数据传输，通过无线电、数传电台等设备进行通信。

5.导航系统：主要完成无人机的路径规划和导航，通过惯性导航、卫星导航等方式实现。

6.任务系统：根据使用用途进行安装，主要包括任务设备、传感器等。

除了以上几个系统，无人机还包括地面控制站、保障系统等，地面控制站主要完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和任务设备信息传输，保障系统则主要负责对无人机进行维护和保障。

无人机飞控系统的原理、组成及作用详解
无人机已经广泛应用于警力、城市管理、农业、地质、气象、电力等领域，无人机的飞控系统、云台、图像传输系统都是关键部分。

无人机飞控系统作为其大脑具体的作用是什么？由哪些部分组成？在设计时应该注意哪些问题？
无人机飞控的作用无人机飞行控制系统是指能够稳定无人机飞行姿态，并能
控制无人机自主或半自主飞行的控制系统，是无人机的大脑，也是区别于航模的最主要标志，简称飞控。

固定翼无人机飞行的控制通常包括方向、副翼、升降、油门、襟翼等控制舵面，通过舵机改变飞机的翼面，产生相应的扭矩，控制飞机转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。

不过随着智能化的发展，无人机已经涌现出四轴、六轴、单轴、矢量控制等多种形式。

传统直升机形式的无人机通过控制直升机的倾斜盘、油门、尾舵等，控制飞
机转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。

多轴形式的无人机一般通过控制各轴桨叶的转速来控制无人机的姿态，以实现转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。

飞控的作用就是通过飞控板上的陀螺仪对无人机进行控制，具体来说，要对四轴飞行状态进行快速调整，如发现右边力量大，向左倾斜，那么就减弱右边电流输出，电机变慢、升力变小，自然就不再向左倾斜。

如果没有飞控系统，四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致等原因形成飞行力量不平衡，后果就是左右、上下地胡乱翻滚，根本无法飞行。

无人机飞控的工作过程飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接
收无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据，经计算处理，输出控制指令给执行机构，实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控制;同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任。