四旋翼無人機(jī)飛行原理分析概述四旋翼無人機(jī)的飛行升力由固定在機(jī)身的四個(gè)螺旋槳提供。四個(gè)固定迎角的螺旋槳分別安裝在十字交叉的機(jī)架兩端。通過四個(gè)無刷直流電機(jī)，可以獨(dú)立控制四個(gè)螺旋槳的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制無人機(jī)完成起飛、懸停等動(dòng)作。同時(shí)兩對(duì)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，其中，2和4旋翼順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，1與3旋翼逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。正是由于這種特殊設(shè)計(jì)，可以相互抵消反轉(zhuǎn)扭矩。圖2.1四旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖四旋翼無人機(jī)輸入量一共有四個(gè)：分別為一個(gè)上升力和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩。而無人機(jī)在三維空間上卻有六個(gè)自由度，即分別沿著三個(gè)坐標(biāo)軸的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。四個(gè)輸入去控制六個(gè)輸出，因此，四旋翼無人機(jī)是一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。若想要實(shí)現(xiàn)對(duì)全部的六個(gè)輸出的控制，必定存在著轉(zhuǎn)矩與水平運(yùn)動(dòng)的耦合。根據(jù)四旋翼無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，飛行方式可以分為以下四類：垂直運(yùn)動(dòng)（包括懸停）、橫滾運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)和偏航運(yùn)動(dòng)。下面分別對(duì)這四類基本運(yùn)動(dòng)進(jìn)行闡述。（1）垂直運(yùn)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)主要包括上升、下降和懸停。上下的箭頭代表著旋翼產(chǎn)生的升力。旋轉(zhuǎn)箭頭代表螺旋槳旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)機(jī)體處于水平位置時(shí)，在豎直方向上，機(jī)體坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系重合。通過同時(shí)增加或減小四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速，他們產(chǎn)生的升力會(huì)推動(dòng)機(jī)體產(chǎn)生上升或者下降的運(yùn)動(dòng)。在四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速相同的情況下，增加轉(zhuǎn)速或者降低轉(zhuǎn)速，使他們?cè)谪Q直方向上產(chǎn)生的總升力大于或者小于四旋翼無人機(jī)的重力，便可以讓四旋翼無人機(jī)上升或者下降。特別的，當(dāng)總升力等于重力時(shí)，四旋翼無人機(jī)可以保持懸停狀態(tài)。（2）橫滾運(yùn)動(dòng)通過增加左側(cè)旋翼2的轉(zhuǎn)速，使旋翼2的升力增大，同時(shí)減小右側(cè)旋翼4的轉(zhuǎn)速，使旋翼4的升力減小，保持其他兩個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速不變。由于存在拉力差，會(huì)使機(jī)身產(chǎn)生繞軸的轉(zhuǎn)矩，發(fā)生小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生水平向右的升力分量，使機(jī)體向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?2=?4（3）俯仰運(yùn)動(dòng)與橫滾運(yùn)動(dòng)類似，在保持左右兩側(cè)旋翼轉(zhuǎn)速不變的情況下，增加后側(cè)旋翼3的轉(zhuǎn)速，增加其升力；減小前側(cè)旋翼1的轉(zhuǎn)速，減小其升力。這樣前后的兩個(gè)旋翼會(huì)產(chǎn)生繞水平軸的轉(zhuǎn)矩，發(fā)生小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生水平向前的升力分量，使機(jī)體向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?1=?3偏航運(yùn)動(dòng) 因?yàn)樾磙D(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生對(duì)機(jī)體的反扭距作用，為了克服這種影響，四個(gè)旋翼分為兩對(duì)，一對(duì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，另外一對(duì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。且對(duì)角線上的兩個(gè)旋翼轉(zhuǎn)向相同。轉(zhuǎn)速越大，反扭距越大。當(dāng)兩對(duì)旋翼的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是偏航運(yùn)動(dòng)的原理。從上向下看，讓旋翼2與旋翼4順時(shí)針轉(zhuǎn)速增加，旋翼1與旋翼3逆時(shí)針轉(zhuǎn)速減小。由于反扭距的作用，無人機(jī)將產(chǎn)生逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)。相反的，無人機(jī)將產(chǎn)生順時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)。四旋翼無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式與旋翼轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：飛行姿態(tài)2341右橫滾增大不變減