四旋翼無人機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用分析目錄TOC\o"1-3"\h\u9953四旋翼無人機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用分析 1298521機(jī)翼的結(jié)構(gòu)分類 1193342四旋翼無人機(jī)的特性 162473四旋翼無人機(jī)技術(shù)研究 2182054四旋翼無人機(jī)技術(shù)研究先例 372605四旋翼無人機(jī)的應(yīng)用 7215426四旋翼無人機(jī)的發(fā)展前景 81機(jī)翼的結(jié)構(gòu)分類按照無人機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類可分為兩種，一種是固定翼式無人機(jī)，另一種是旋翼式無人機(jī)。固定翼式無人機(jī)，字面意思就能知道，無人的的機(jī)翼是固定的，保持不動，升力主要靠升降舵的機(jī)體調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)副翼以及方向舵角來改變無人機(jī)的飛行姿態(tài)[1]。固定翼無人機(jī)具有飛行半徑大、運(yùn)載能力強(qiáng)和飛行時間長等特點(diǎn)，因?yàn)楣潭ㄒ硎綗o人機(jī)的研究相比旋翼式的要早很多，技術(shù)相對來說更為成熟一些。同樣因?yàn)槭枪潭ㄊ綑C(jī)翼，無人機(jī)的機(jī)動能力較差，不夠靈活，沒有辦法實(shí)現(xiàn)在空中懸停，在一些特殊的場合，無法投入使用，在飛行巡查時無法更加細(xì)微的捕捉到各個方位的信息，降落時還需要降落的空場地。但是旋翼式無人機(jī)則可彌補(bǔ)這一缺陷，旋翼不斷旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度不斷變化，無人機(jī)升力也根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度不斷變化，從而改變無人機(jī)的飛行狀態(tài)。旋翼式無人機(jī)也分為兩種，單旋翼式和多旋翼式。其中，小型四旋翼無人機(jī)相比來說更為常見，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用操作更為方便，靈敏度更高，可以簡單的實(shí)現(xiàn)垂直升空，在空中懸停，在民用無人機(jī)領(lǐng)域中廣受關(guān)注。如果細(xì)化將無人機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，可以有多種。首先我們依據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)劃分，可分為四種：固定翼式、垂直旋翼式、傾斜旋翼式、旋翼固定翼結(jié)合式；按照飛行的半徑和飛行持續(xù)時間分，也有四種：近程、短程、中程和遠(yuǎn)程。軍用方面按照用途來分，戰(zhàn)術(shù)無人偵察機(jī)、戰(zhàn)略無人偵察機(jī)、無人戰(zhàn)斗機(jī)和靶機(jī)，應(yīng)用十分廣泛。按照操控方式進(jìn)行分類，有操控式、半操控式、自操控式，還有結(jié)合了三種操控方式的一類。2四旋翼無人機(jī)的特性四旋翼無人機(jī)在生活中非常常見，并且發(fā)展非常迅速的一種無人機(jī)，它可以實(shí)現(xiàn)垂直升降，可以進(jìn)行遙控和自主飛行。按照翼型分類，四旋翼無人機(jī)屬于旋翼式無人機(jī)，但是在旋翼式無人機(jī)中，非常受歡迎，有著特別的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)小巧、相對起飛動力大、操作方便、飛行靈敏，可以飛行執(zhí)行各種各樣的動作，因?yàn)槭撬男恚悦總€旋翼產(chǎn)生的反扭矩可以互相平衡，互相抵消掉，在機(jī)身無需安裝抵消反扭矩的反扭矩漿。旋翼式無人機(jī)中有一種，小型四旋翼無人機(jī)，通常應(yīng)用低空貼地面飛行，在軍事方面和民用方面都發(fā)揮了重要作用。四旋翼無人機(jī)剛出現(xiàn)在人們面前時，因其外觀新奇，設(shè)計(jì)美觀，結(jié)構(gòu)簡單，飛行動作主要靠四個旋翼的速度變化隨之進(jìn)行改變，不需要進(jìn)行復(fù)雜的操作來控制，簡單易上手，各個國家研究無人機(jī)的專家對此十分感興趣，小型四旋翼無人機(jī)成為了世界無人機(jī)新的研究焦點(diǎn)。最早的無人直升機(jī)具備很多良好的性能，在懸停以及機(jī)動飛行方面比較出色，但是其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對來說比較復(fù)雜，在穩(wěn)定性方面還有所欠佳，不夠成熟，在控制無人機(jī)時，操作較為專業(yè)，難度較大，在飛行時為了保持機(jī)身穩(wěn)定，不得不加大機(jī)身的結(jié)構(gòu)尺寸，在質(zhì)量方面也同樣會增加。如果因?yàn)椴僮鞑划?dāng)，并且無人機(jī)的旋翼高速旋轉(zhuǎn)，可能對操縱及周邊人員的生命造成損害，因此安全隱患較大[3]。同時，無人機(jī)運(yùn)載時必然會產(chǎn)生較大的噪音及燃油排放的污染，所以無人直升機(jī)的應(yīng)用在生活中并不常見，推廣的潛力較小。所以，綜合各種無人機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，要真正的將無人機(jī)應(yīng)用于生活當(dāng)中，必須需要一種新型無人機(jī)，結(jié)合了之前各類無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)且盡可能避免各種缺點(diǎn)，這樣才能真正推廣于日常生活中。四旋翼無人機(jī)不僅具有旋翼式無人機(jī)本應(yīng)具有不同于固定翼式的優(yōu)點(diǎn)，還具有本身獨(dú)一無二的優(yōu)點(diǎn)，包括設(shè)計(jì)輕巧、安裝簡易、保養(yǎng)方便、價(jià)格實(shí)惠，還具有良好的隱蔽性，執(zhí)行任務(wù)方便。它擁有四個旋翼，有四個單獨(dú)控制的電機(jī)可以穩(wěn)定飛行，四個旋翼升力充足，不會互相干擾，飛行器結(jié)構(gòu)簡易。四旋翼產(chǎn)生的升力可以使無人機(jī)平穩(wěn)盤旋上升，在空中的懸空靜止時可以迅速改變飛行模式，靈敏度極高，操作簡易。同時具有四個旋翼平攤升空阻力，轉(zhuǎn)速不會過快，更為安全。四旋翼無人機(jī)是利用相互對稱的兩個旋翼，旋轉(zhuǎn)方向相反，抵除了旋轉(zhuǎn)升空的扭力矩，可以避免結(jié)構(gòu)簡單的無人機(jī)用尾翼來補(bǔ)償旋翼旋轉(zhuǎn)的扭矩，可以有效提升旋翼升空的利用效率。因?yàn)樗男頍o人機(jī)每個旋翼下都有一個電機(jī)，可以完成6個自由度方向飛行模式，每個旋翼旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生改變可以最低引起3個飛行自由度方向改變[4]。3四旋翼無人機(jī)技術(shù)研究從無人機(jī)誕生發(fā)展到現(xiàn)在，四旋翼無人機(jī)的發(fā)展技術(shù)等各種研究均已有了很大的進(jìn)步，雖然已經(jīng)較為成熟，但是技術(shù)并不是非常的完善，還需要針對一些關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)行研究，爭取攻克存在的難點(diǎn)，使四旋翼無人機(jī)的發(fā)展更為成熟，可以盡早普及推廣應(yīng)用在生活中[5]。（1）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)四旋翼無人機(jī)的整體結(jié)構(gòu)時，有幾點(diǎn)要求需要考慮：體積小、重量輕、飛行速度快、續(xù)航能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)成本低。如果想同時具有這些要求還是挺難實(shí)現(xiàn)的，不能同時兼顧所有，但是在設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)時可以首先考慮無人機(jī)的尺寸和重量，其次再綜合考慮其他的方面，在功耗、續(xù)航能力和速度方面進(jìn)一步的提升，優(yōu)化整理的結(jié)構(gòu)。（2）續(xù)航能力四旋翼無人機(jī)的續(xù)航能力主要跟無人機(jī)的重量和動力系統(tǒng)有關(guān)，無人機(jī)重量輕就可以增加無人機(jī)的飛行時間，供電系統(tǒng)電池容量大同樣也可以提升續(xù)航能力。所以，我們需要研究更輕的無人機(jī)框架以及容量更充足的能源供給系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高四旋翼無人機(jī)的續(xù)航能力。（3）飛行器建模為了更好的研究四旋翼無人機(jī)，設(shè)計(jì)時需要進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)，但是飛行過程中容易受到外界氣流干擾，會使飛行器受到損壞，所以為了方便有效研究，我們需要進(jìn)行飛行器建模，仿真技術(shù)可以更好的幫我們研究設(shè)計(jì)無人機(jī)。（4）操控性能因?yàn)轱w行器結(jié)構(gòu)是非線型的，需要設(shè)計(jì)的變量不少、干擾飛行的因素也多，所以四旋翼無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，比較難以設(shè)計(jì)。所以在研究無人機(jī)時，要更好的對飛行姿態(tài)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)飛行時的精確操控，遇到干擾時也可以穩(wěn)定飛行，適應(yīng)能力強(qiáng)。（5）導(dǎo)航系統(tǒng)雖然現(xiàn)在的四旋翼無人機(jī)都是貼近地面低空飛行的，但是無人機(jī)的定位系統(tǒng)時常出現(xiàn)預(yù)想不到的問題，沒有正常工作。低空飛行時，地面的干擾因素較多，比如樹木、樓房高壓電線等，定位不準(zhǔn)容易損壞無人機(jī)。所以，在無人機(jī)上安裝的GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)需要進(jìn)行升級換代，實(shí)現(xiàn)更精確的飛行，為未來更先進(jìn)的無人機(jī)打好基礎(chǔ)。4四旋翼無人機(jī)技術(shù)研究先例現(xiàn)如今，大多數(shù)人對四旋翼無人機(jī)都有關(guān)注，其他各國都對四旋翼無人機(jī)有很深的研究，設(shè)計(jì)制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)今世界上現(xiàn)在普遍存在的都是微小型四旋翼無人機(jī)飛行器，應(yīng)用廣泛，大概的分類有三種：遙控航模四旋翼無人機(jī)、微型四旋翼無人機(jī)、小型四旋翼無人機(jī)。美國Draganflyer公司研制的DraganflyerX4和香港銀輝玩具制品有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)的X-UFO都是遙控航模四旋翼無人機(jī)的標(biāo)志性無人機(jī)，如圖2.5所示。DraganflyerX4四旋翼無人機(jī)主要應(yīng)用于空中拍攝，在遙控航模四旋翼無人機(jī)中名聲顯赫，無人機(jī)整體重量較輕，是因?yàn)榭蚣懿捎玫氖歉咝阅芩芰虾吞祭w維材料。無人機(jī)負(fù)載4個電機(jī)控制旋翼旋轉(zhuǎn)，為了更好的對無人機(jī)飛行模式穩(wěn)定控制，另外裝配了三個壓電晶體陀螺儀。X-UFO無人機(jī)設(shè)計(jì)的程序極其復(fù)雜，技術(shù)難度高，具有高速芯片處理器和精密的陀螺儀，旋轉(zhuǎn)比較安全，因?yàn)槠浔环胖糜诎l(fā)泡聚丙烯的圓環(huán)中。圖2.5DraganflyerX4與X-UFO遙控航模四旋翼無人機(jī)各個國家研究小型四旋翼無人機(jī)主要有三種，第一種是以慣性導(dǎo)航為基礎(chǔ)的，第二種是以視覺效果為基礎(chǔ)的，第三種是以自主飛行為基礎(chǔ)的。這三種無人機(jī)比較知名的分別是：OS4計(jì)劃，由瑞士洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院研究設(shè)計(jì)，OS4由EPFL自動化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)的一種電驅(qū)動小型四旋翼無人機(jī)，重點(diǎn)是無人機(jī)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和智能自主飛行控制。2004年，OS4Ⅰ主要研究的方向是無人機(jī)飛行穩(wěn)定，應(yīng)用了多種飛行算法。2006年，OS4Ⅱ主要研究無人機(jī)懸停技術(shù)。2007年，在前幾年對無人機(jī)研究的基礎(chǔ)上，對無人機(jī)高度智能化設(shè)計(jì)，綜合了飛行位置、飛行高度、飛行姿態(tài)、垂直起降、躲避障礙、軌跡巡航等，還對旋翼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)。HMX4計(jì)劃是由賓夕法尼亞大學(xué)研究的，無人機(jī)三個角度的姿態(tài)和飛行位置，是由地面的攝像頭進(jìn)行跟蹤，從而可以定位繪制出標(biāo)記位置和標(biāo)記的面積利用無人機(jī)底部的5個彩色標(biāo)志。應(yīng)用反饋線性化和Backstepping的方式，就可以實(shí)現(xiàn)視覺感官的自主懸停。在2003年，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了雙視覺反饋的旋翼控制，提高了測繪的精度能力水平。GTMARS計(jì)劃是由佐治亞理工大學(xué)開發(fā)研究的CAD無人機(jī)系統(tǒng)，主要的開發(fā)研究是因?yàn)橐獔?zhí)行火星探測任務(wù)，設(shè)計(jì)研發(fā)的系統(tǒng)在美國第十七屆直升機(jī)協(xié)會學(xué)生設(shè)計(jì)中榮獲第一名的好成績。GTMARS隨著飛行器到達(dá)火星地面后，可以由折疊封裝狀態(tài)自主展開，可以自主飛行和降落，在火星地表飛行時最快巡航速度可達(dá)到72km/h，它還可以像掃地機(jī)器人一樣，電量不足時，可以自行飛回到著陸器上，進(jìn)行電量補(bǔ)充。如圖2.6所示為OS4、HMX4和GTMARS小型四旋翼無人機(jī)。圖2.6OS4、HMX4與GTMARS小型四旋翼無人機(jī)Mesicopter研究項(xiàng)目啟動于1999年，于2001項(xiàng)目完成。MAV屬于微小型無人機(jī)飛行器，因?yàn)槠渚哂袠O強(qiáng)的隱藏能力和靈敏度，吸引了許多學(xué)者專家的興趣，Mesicopter由斯坦福大學(xué)研究，是世界上名聲顯赫的MAV之一，如圖2.7所示。Mesicopter主要研究微小型四旋翼無人機(jī)，對無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動性分析和模型仿真實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目研究剛剛結(jié)束時，樣機(jī)就已經(jīng)可以垂直起飛在竿壁上。之后的工作就是繼續(xù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更微型化，項(xiàng)目研究的最終目標(biāo)就是無人機(jī)的智能化，實(shí)現(xiàn)自主和多無人機(jī)共同執(zhí)行任務(wù)。圖2.7微型四旋翼無人機(jī)Mesicopter1924年的時候，法國標(biāo)致集團(tuán)有一位年輕的無人機(jī)設(shè)計(jì)工程師EtienneOemichen研究設(shè)計(jì)了一款四旋翼無人機(jī)，這款四旋翼無人機(jī)創(chuàng)造了四旋翼無人機(jī)垂直升降距離的飛行記錄，原本的記錄是360m，新紀(jì)錄遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過360m，達(dá)到1km的高度，大大的推進(jìn)了四旋翼無人機(jī)的發(fā)展。30年后，有一個名為Convertawings根據(jù)工程師EtienneOemichen研究的四旋翼無人機(jī)，優(yōu)化了無人機(jī)的結(jié)構(gòu)，制造出了一臺大型的四旋翼飛行器，它的旋翼直徑尺寸超過19英尺，需要兩個發(fā)動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，四個旋翼提供升力來控制飛行器。因?yàn)楫?dāng)時沒有成熟的傳感器技術(shù)，對操控飛行的控制技術(shù)也沒有完善，與此同時，固定翼的飛行器發(fā)展速度快，技術(shù)相對更加成熟，很多研究飛行器的科學(xué)家都不對旋翼式飛行器感興趣，都一心研究固定翼式飛行器，因此四旋翼無人機(jī)的發(fā)展止步不前，可以說是幾乎沒有進(jìn)展。二十世紀(jì)中后期因?yàn)閭鞲衅骷夹g(shù)、微電子技術(shù)、自主控制技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，為四旋翼無人機(jī)的發(fā)展打了非常扎實(shí)的基礎(chǔ)。由于MEMS系統(tǒng)在二十世紀(jì)初的出現(xiàn)，四旋翼無人機(jī)的機(jī)身尺寸可以很大程度的減小，從此小型無人機(jī)的研究正式鋪展開來。很多科學(xué)家和研究人員對小型無人機(jī)有了極大的興趣，并且相信在未來不久，小型四旋翼無人機(jī)一定會有著舉足輕重的地位，國外各高校和公司都投入大量財(cái)力與精力對無人機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)化的研究。美國DragonFly公司率先研制出一款相對成熟的小型四旋翼無人機(jī)DragonFlyX4系列，主要功用是進(jìn)行空中拍攝測量，可以拍攝大量高清的圖片及視頻，是輕量化無人機(jī)的起步，且非常方便攜帶。斯坦福大學(xué)STARMAC(StanfordTestofAutonomousRotorcraftforMultiAgentControl)更新了DragonFlyX系列無人機(jī)的設(shè)計(jì)，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，該大學(xué)的無人機(jī)研究實(shí)驗(yàn)室自發(fā)研制了主控設(shè)備，而且裝配了GPS系統(tǒng)，使無人機(jī)具有了定位導(dǎo)航能力，計(jì)算機(jī)在輸入了飛行地點(diǎn)后，可以自行飛行到達(dá)目的地，并且可以追蹤到其位置。隨著進(jìn)一步對該無人機(jī)進(jìn)行更優(yōu)化研究，得到了STARMACII，將機(jī)身結(jié)構(gòu)的材料更換成了更輕盈的碳纖維材料，這樣無人機(jī)續(xù)航飛行時間就可以更長。改進(jìn)后的無人機(jī)迅速投入實(shí)際應(yīng)用，用來勘探地質(zhì)，消防救援，空中拍攝等都發(fā)揮著很大的作用。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，又因?yàn)橛泻芏喑墒斓难芯砍晒?，在無人機(jī)控制上已經(jīng)比較成熟，麻省理工學(xué)院也針對無人機(jī)做出相應(yīng)研究，推出了UAV健康集群管控計(jì)劃(UAVSwarmHealthManagementProject,UAVSHMP)，該計(jì)劃主要是針對無人機(jī)在飛行過程中，遇到不可預(yù)測且復(fù)雜的環(huán)境下，可以協(xié)同作業(yè)，監(jiān)控目標(biāo)，由地面站進(jìn)行管理。技術(shù)采用的是VIU姿態(tài)控制技術(shù)，用的是紅外激光技術(shù)，可以將周邊的環(huán)境掃描出來，無人機(jī)本身可以進(jìn)行分析計(jì)算，重新規(guī)劃最合適的飛行軌跡，同時可以飛行時鎖定目標(biāo)，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)包括：目標(biāo)搜索、定位、編隊(duì)協(xié)同飛行。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)了一個新的項(xiàng)目，命名OS4，該項(xiàng)目主要嘗試研究在飛行時加入視覺探測，避障系統(tǒng)，因?yàn)樾屡d科技的發(fā)展，圖像識別，視覺識別等技術(shù)的誕生，四旋翼無人機(jī)的發(fā)展又可以更近一步。OS4項(xiàng)目采用的視覺技術(shù)主要是利用超聲波反射定位障礙物，得到反射信息后，自行進(jìn)行計(jì)算，得出障礙物的位置，再計(jì)算出可以躲避障礙物的最優(yōu)飛行路線。相比較國外對于四旋翼無人機(jī)的研究，國內(nèi)對于其研究起步就比較晚，所以要相對落后于國外一些國家。近幾年國內(nèi)才出現(xiàn)了許多比較出色的民用無人機(jī)公司，并且這些優(yōu)秀的公司在一些無人機(jī)技術(shù)上并沒有怎么落后，一直快速的追逐，在無人機(jī)模型建立、飛行軌跡建立等多個方面與世界領(lǐng)先水平相差甚少，發(fā)展速度飛快。對于四旋翼無人機(jī)國際上已經(jīng)有非常多專業(yè)化且成熟的應(yīng)用研究，但是相比較國外來說，國內(nèi)對于四旋翼無人機(jī)的研究起步較晚，還處于起步階段，還不夠成熟，但是也有一些大學(xué)和一些專業(yè)研究機(jī)構(gòu)對四旋翼無人機(jī)有一定的研究，開展了專門針對四旋翼無人機(jī)制定了研究計(jì)劃。在國內(nèi)比較有影響力的則是國防科技技術(shù)大學(xué)專門關(guān)于小型四旋翼無人機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)化的研究設(shè)計(jì)。國防科技技術(shù)大學(xué)主要針對四旋翼無人機(jī)研究了兩種，如圖2.8所示，一種是由兩種空心鋁棒結(jié)構(gòu)作為機(jī)身，用Draganflyer3旋翼作為升力驅(qū)動設(shè)備，電力驅(qū)動選用的是瑞士Maxon電機(jī)，剩余無人機(jī)各類裝置都是由該大學(xué)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的，比如機(jī)械方面的齒輪減速器，操控方面的飛行控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)飛行控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、無線電通信系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的第二種無人機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)采用的是纖維板狀結(jié)構(gòu)，相比采用空心鋁棒結(jié)構(gòu)，第二種無人機(jī)的結(jié)構(gòu)重量更輕，并且機(jī)身的抗扭抗彎的強(qiáng)度更高，不容易受到損害，采用尺寸為10英寸的三葉正反漿作為旋翼，該旋翼經(jīng)過多次試驗(yàn)，試驗(yàn)表明該旋翼抗撞擊能力強(qiáng)，且強(qiáng)度高，不容易損傷折斷，機(jī)身還搭配有高清攝像頭進(jìn)行拍攝，可以實(shí)時向計(jì)算機(jī)傳輸高清視頻，還裝配飛行軌跡記錄設(shè)備，對飛行時的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)記錄[6]。大學(xué)對于該項(xiàng)目進(jìn)一步研究的方向是飛行姿態(tài)精準(zhǔn)控制、智能自主化飛行和雷達(dá)避碰系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖2.8國防科技大學(xué)四旋翼無人機(jī)太原理工大學(xué)的揚(yáng)帆也對無人機(jī)飛行性能方面進(jìn)行了研究，先繪制出了無人機(jī)的仿真模型，運(yùn)用了SolidWorks三維建模軟件，根據(jù)固定的定量可以計(jì)算出機(jī)身的轉(zhuǎn)動的慣性量、旋翼旋轉(zhuǎn)的慣性量、升力系數(shù)和阻力系數(shù)。之后，分別運(yùn)用了PID技術(shù)和LQ控制算法對無人機(jī)飛行模式和無人機(jī)定位精度兩種進(jìn)行了對比計(jì)算，再用MATLAB仿真軟件仿真出兩種情況，直觀的顯示出來。5四旋翼無人機(jī)的應(yīng)用四旋翼無人機(jī)在各種不同的方面也都有具體的應(yīng)用：（1）國防軍用：無人機(jī)最早是應(yīng)用于軍事方面，已經(jīng)有很長的發(fā)展歷史了。小型四旋翼無人機(jī)與大型無人機(jī)進(jìn)行比較具有尺寸小、靈敏度高，可以貼地面飛行進(jìn)入敵方防守區(qū)域執(zhí)行特殊任務(wù)。在空中通信、武器搜尋、信息抗衡、協(xié)助平臺作戰(zhàn)方面發(fā)揮出色，與人造衛(wèi)星和預(yù)警飛機(jī)組成基地的雷達(dá)預(yù)警偵察系統(tǒng)，抗干擾信息作戰(zhàn)也充當(dāng)著重要角色。（2）抗震救災(zāi)：小型四旋翼無人機(jī)可以垂直起降，飛行迅速靈敏，可以在人無法直接通行的地勢靈活飛行進(jìn)行拍攝，在無人機(jī)上安裝紅外等救災(zāi)設(shè)備，可以勘測到有無被困人員。例如在2008年的汶川地震中，四旋翼無人機(jī)充當(dāng)了至關(guān)重要和不可或缺的救生員角色，在極其復(fù)雜的地勢環(huán)境中，可以第一時間搜集受災(zāi)資料，為救援人員提供了重要的救援信息，可以迅速趕到現(xiàn)場，且可以快速制定出救援計(jì)劃，高效快速的救援，挽救更多人的生命。在一些特殊場地，比如有毒有害現(xiàn)場、易爆炸事故現(xiàn)場、核泄漏和化學(xué)品泄漏高危現(xiàn)場，四旋翼無人機(jī)都可以替人進(jìn)行工作，小巧飛行的優(yōu)勢體現(xiàn)的非常到位。（3）地勢勘探：四旋翼無人機(jī)形態(tài)小，飛行靈敏較靈活，在地勢復(fù)雜的地方可以隨意調(diào)整自身飛行姿態(tài)方便飛行，例如在樓房建筑密集的城市。它不僅可以在地勢復(fù)雜的高樓間飛行，還可以進(jìn)入低空進(jìn)行飛行，例如橋下洞里等難以通行的地方進(jìn)行拍攝取景，再用三維動畫模擬技術(shù)在電腦上模擬重現(xiàn)景象，配合一些專業(yè)測繪軟件，可以對地勢考察提供方便，精準(zhǔn)依據(jù)這些拍攝數(shù)據(jù)分析地勢。（4）植被監(jiān)測：在已經(jīng)被大面積噴灑過農(nóng)藥的農(nóng)田，林場等，四旋翼無人機(jī)可以安裝遙感監(jiān)測攝影裝置，利用低空遙感技術(shù)在農(nóng)田植被上空監(jiān)控拍攝，隨時可以監(jiān)控到病蟲害情況，最早進(jìn)行防治，可以有效節(jié)省人工成本，直接避免人工與農(nóng)藥直接接觸，影響身體健康，并且大大提升生產(chǎn)效率。隨著微四旋翼無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)用四旋翼無人機(jī)在國外一些國家已經(jīng)得到大部分推廣應(yīng)用。（5）影像拍攝：在如今的電影產(chǎn)業(yè)中，無人機(jī)在進(jìn)行景象拍攝中充當(dāng)著必不可少的角色?？梢源钆渑臄z專用的高清攝像頭，利用計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)操控?zé)o人機(jī)，結(jié)合專業(yè)的拍攝技術(shù)，精確的在預(yù)想位置進(jìn)行航拍，這樣可以增加影像的觀看效果，可以在不同的角度下完美的展現(xiàn)拍攝的景象，達(dá)到預(yù)想的效果。（6）管道巡查：小型四旋翼無人機(jī)在巡檢高壓電線、高壓電網(wǎng)、石油管道、天然氣管道，還有道路基礎(chǔ)設(shè)施，高速公路和鐵路運(yùn)輸路線，還可以對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，比如江河湖海的沿岸情況，完成布置的相應(yīng)任務(wù)。6四旋翼無人機(jī)的發(fā)展前景現(xiàn)如今四旋翼無人機(jī)生活中非常的常見，應(yīng)用也很廣泛，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、研發(fā)技術(shù)、飛行試驗(yàn)方面都有優(yōu)秀的成果。但是現(xiàn)在很多無人機(jī)只能在規(guī)定應(yīng)用的場合下才能正常穩(wěn)定工作，如果想真正實(shí)現(xiàn)大多數(shù)場合都能應(yīng)用，還未達(dá)到發(fā)展如此成熟，還需要更進(jìn)一步的細(xì)致化研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使四旋翼無人機(jī)更加智能化，發(fā)揮更大作用，對這幾個方面有著良好的發(fā)展前景。（1）智能傳感器技術(shù)智能傳感器是一種微型的處理器，有著收集信息，解析數(shù)據(jù)，交換數(shù)據(jù)的能力，將微處理器和集成傳感器相結(jié)合的產(chǎn)物。智能傳感器的特點(diǎn)要比一般傳感器優(yōu)化很多，更加的智能，可以通過計(jì)算機(jī)的專業(yè)技術(shù)軟件實(shí)現(xiàn)科技化的信息技術(shù)收集，并且不需要額外的成本，成本較低。傳感器本身具有編程軟件的功能，可以自我進(jìn)行簡單的編程，且內(nèi)部的功用有很多種，加上更加的穩(wěn)定，更加的可靠。如果要將四旋翼無人機(jī)真正派上軍事用途，高清的攝像頭、紅外傳感器、微光傳感器等各種可以裝配在四旋翼無人機(jī)上的輕型設(shè)備。傳感系統(tǒng)由很多個傳感器組成，傳感器收集到信息后，首先交由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，其次智能傳感器可以進(jìn)一步的將收集到的信息分散處理，這樣可以更加的將成本降低。有了智能傳感器的加入，四旋翼無人機(jī)的飛行性能得到了很大的提升，無人機(jī)變得更加的智能。所以，可以得出一個結(jié)論，優(yōu)化傳感器，將傳感器變得更加智能是發(fā)展優(yōu)化無人機(jī)很重要的一步。（2）自主控制技術(shù)在一個未知的情況和條件下，四旋翼無人機(jī)可以自行的分析解決一些發(fā)生和即將發(fā)生的優(yōu)化問題，這種技術(shù)是自主控制技術(shù)的核心。除了剛剛提及的智能化發(fā)展，未來重要的另一個發(fā)展方向就是自主控制方向，很多東西不需要人為介入就可以很好的處理。但是照現(xiàn)在的四旋翼無人機(jī)發(fā)展情況，在智能化，自主控制方面還是不夠成熟，有很大的空間可以進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)真正的智能化，自主控制。在