多旋翼飞行器：从原理到实践 习题及答案汇总 全权 第1--9章 绪论---展望.docx

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1、第1章绪论1.如图1.23所示，如果#2和#3螺旋顺时针旋转，#1和#4螺旋奖逆时针旋转,分析此四旋翼是否可以悬停，并给出原因。图1.23一种特殊的四旋矍#1与#3号为逆时针旋转,#2号与#4号是顺时针旋转,像以上所说的问题,这种布局的飞行器也是可以做到在空中悬停,只要飞行器上顺时针电机与逆时针电机,数量是相等的就可以,因为需要互相抵消其旋转时所产生的反扭力。2 .除了本章中给出的多旋翼的优缺点，多旋翼还有哪些优点和缺点。略。3 .选择一个你最喜欢的多旋翼相关的开源项目并介绍其特点。O1DX多旋翼开发平台(O1DXFC)是由北京理工大学自动化学院所属北理云逸科技团队开发的一个目前国内最完整的免

2、费开源飞按项目，随着国内开源飞控的逐步发展如匿名、INF、无名和ACFY飞控的陆续推出，如光流、气压计和GPS等相关算法己经逐步完善，但是相比Pixhawk等国外开源飞控平台的发展和定位仍然有发展空间。O1DXFC于14年开始对多旋翼飞行器进行研究期间也经历过开源和借鉴的过程,为希望进一步推动国内开源飞控协作开发和相互学习、相互分享的趋势，团队将该O1DX-FC转化为开源项目，采用自由指的形式继续发展。项目遭循GP!协议，能自由下载项目PCB进行加工使用但请勿作为商业用途，开源所有飞行控制和组合导航源码，可以进行修改和二次开发。根据自己喜欢的回答。4 .选择一个你最喜欢的多旋翼产品并介绍原因。

3、农用无人机。1 .可靠稳定单从机械的可靠性来考虑,多旋翼没有活动部件,可靠性较高,而且多旋翼能够悬停,飞行范围受控,相对固定翼更安全可靠。2 .操控简单多旋翼农用无人机的操控原理很简单,能实现全自主飞行,根据不同作物,可自行调节喷洒流量、飞行速度、高度、作业全程喷头流量可视,无药断药自动提醒,控制器参数调节也很简单,容易操作掌控。5.分析多旋翼当前的发展阶段与发展趋势。第2章系统基本组成1 .在网上搜索一款多旋翼产品，给出其机架、螺旋桨、电调、电机、电池、遥控器和GPS系统的关键参数。略。2 .给出一种检测螺旋桨动平衡的方法。螺旋桨动平衡的自动检测新方法。3 .解释正弦波驱动的工作原理。正弦波

4、信号发生器属于数字信号发生器，由信号放大器和正反馈网络组成，当信号稳定时不需要激励信号，正反馈网络的信号是整个正弦波发生器的激励源，经过放大后以正弦波形式输出，其电路原理是：正弦波信号发生器电路由两级构成，第一级是一个RC文氏桥振荡器，通过双刀四掷波段开关ZK切换电容进行信号频率的粗调，每挡的频率相差10倍。通过双连电位器RP1进行信号频率的细调，在该挡频率范围内频率连续可调。RP2是一个多圈电位器，调节它可以改善波形失真。若将R4改成阻值为3K的电阻，则调节RP2时，可以明显看出RC文氏桥电路的起振条件和对波形失真的改善过程。电路的第二级是一个反向比例放大器，调节单连电位器RP3可以改变输出

5、信号的幅度，本级的电压放大倍数最大为5倍，最小为零倍，调节RP3可以明显看到正弦波信号从无到有直至幅度逐渐增大的情况。当然这级电路若采用同向比例放大器，则调节RP3时，该级电路对前级信号源电路的影响明显减小,这是因为同向比例放大器的输入电阻比反向比例放大器的输入电阻大的多的缘故。4 .任意对比两款开源自驾仪，说明它们的优点和缺点。PX4：可控制许多不同的设备机架/类型，包括:飞行器（多旋翼、固定翼飞行器和垂直起降）、地面车辆和水下潜航器。可选择多种设备控制器，传感器和其他外围设备。灵活好用的飞行模式和安全功能。Pixhawk:任意第三方可以针对接口做进一步扩展、封装等操作。给自驾仪主体供电的接

6、口，双路余设计，避免其中一路断开导致自驾仪失效，这些接口并不是为自驾仪控制的设备供电。5 .为了兼具固定翼飞行器与多旋翼的优势，目前网上出现了一些垂直起降固定翼飞行器的产品。任意找出一款产品，并给出相关型号与链接，分析其飞行原理、优点和缺陷。小米生态成员飞米将在今晚20点发布一款固定翼无人机，名为“Manta垂直起降固定翼”。Manta垂直起降固定翼的翼展达到了700mm,翼展面积为11.8dm,机长为445mm,起飞重量为500g,巡航速度为12ms（大约为43kmh）,失速速度为8ms（大约为29kmh）,配备6026双叶桨。采用4路串口，每路20A电调，支持GPS高清图传、CRSF协议接

7、收机（TBS和E1RS）以及2路IIC,支持电子罗盘、空速传感器（出厂不包含）。6 .介绍一种新的多旋翼载荷。多旋翼高载荷无人机,包括多旋翼无人机,吊装挂环,载货容器单元,降落辅助单元及降落辅助单元安装部;吊装挂环为对称设置于多旋翼无人机两侧的两个,用于装载货物的载货容器单元通过吊装挂环可拆卸吊装于多旋翼无人机的底部;降落辅助单元通过降落辅助单元安装部设置于多旋翼无人机的顶部,降落辅助单元与多旋翼无人机的飞行控制系统信号传输连接,降落辅助单元用于对地面进行视觉侦测与距离测量并将数据结果传输至飞行控制系统.本实用新型提供的一种多旋翼高载荷无人机,具有高载荷及载荷稳定,可靠的优点。第3章机架设计和

8、参数测量1 .简述电机安装方式。电机朝下安装和电机朝上安装。主流的安装方式是电机朝上安装，奖叶旋转产生向上的拉力：而电机朝下安装的电机需要配合特定的螺旋桨，旋转时产生向下的推力。2 .简述机架结构设计原则。刚度、强度满足负载要求，机体不会发生晃动或弯曲，而且机体能够承受极限负载。（2）满足其他设计原则下，重量越轻越好。合适的长宽高比，各轴间距、结构布局适宜。美观耐用。3 .简述减振的意义。自驾仪中的加速度传感器对振动十分敏感，而加速度测量结果直接关系到多旋翼姿态角和位置估计的准确性，因此减振十分重要，具体地表现在以下两个方面。惯性测量单元IMU的信号直接关系到姿态角和姿态角速率的估计。（2）飞

9、控程序融合了加速度计和气压计、GPS数据来估计飞行器的位置，而在飞行器定高、悬停、返航、导航、定点和自主飞行模式下，准确的位置估计非常重要。出于上述考虑，加速度计在数据采样前需要进行前置滤波（抗混叠滤波器）来减小振动的影响。减振另外一个重要的作用是提高成像的质量，这样不依赖云台也能输出稳定的图像，这对于多旋翼的小型化至关重要。4 .简述螺旋桨的作用。高速转动产生拉力进而克服飞行器的重力，使飞行器得以升空飞行。因此，螺旋桨的表面受到两方面力的作用:一方面是垂直于螺旋桨平面的拉力，另一方面是高速转动的螺旋奖与空气摩擦时产生的阻力。第4章动力系统配置和设计1 .简述动力系统设计原则。根据单个旋翼所需

10、提供的拉力大小选择电机。各电机厂商会提供电机的单轴起飞重量、不同电流下其所能提供的拉力，以及推荐螺旋桨的型号。这些数据是电机厂商根据实验得出的，可以作为设计多旋翼的参考依据。选定电机后，即可根据电机的最大电流选择电调，根据电机的供电电压、提供悬停拉力时的电机电流和悬停时间选择电池。根据电机厂商推荐的螺旋奖型号和机架以及旋翼最大尺寸的关系即可最终确定螺旋桨的大小。2 .简述电机、螺旋桨、电调、电池匹配的基本原则。参数匹配安全性原则。电压参数匹配，电调的最大允许电压一般大于电机的额定电压，电池标称电压应与电机的额定电压基本保持一致;电流参数匹配，电调的最大允许电流一般大于电机的最大允许电流。(2)

11、动力系统运行安全性原则。电机与螺旋桨匹配,需要进行动力系统测试,保证全油门(IO0%)状态下，测试的电流值应小于电机的最大允许电流:或测试出最大允许电流所对应的油门百分比，对最大油门值进行限制设置。3 .简述动力系统产生的拉力与多旋翼的起飞重量匹配原则。拉力是保证多旋翼安全起飞的最为关键的参数之一,动力系统的拉力大小及拉力曲线直接关系到多旋翼的安全起飞重量及安全控制裕度。(1)一般以电池的标称电压进行测试，50%至60%油门处拉力是否满足悬停所需拉力，作为多旋翼在当前起飞重量下飞行的第一安全要素(针对动力系统不同的油门一拉力特性曲线，或者多旋翼不同的设计需求，满足悬停的拉力油门百分比会做不同的

12、选取。例如，穿越机的悬停油门远低于50%)e多旋翼起飞重量需要满足一定的安全裕度，要求在电池的最低电量状态下，多旋翼的悬停油门值小于70%(经验值)，即电池低电压状态下70%油门产生的拉力拉力不得小于多旋翼悬停所需的拉力。4 .简述设计多旋翼飞行的步骤。步骤一：选择设计多旋翼布局；步骤二：单个螺旋桨拉力的计算；步骤三:计算螺旋浆的最大尺寸；步骤四:选择电机和螺旋奖；步骤五:选择电调；步骤六:选择电池；步骤七:重新计算轴距；步骤八:使用多旋翼评估网站httpsfIyevaI.compaper/计算。第5章通信系统配置和测试1 .简述通信系统模型包括什么。信源是指产生或发出消息的人或机器，是信息的

13、发送者。信宿是指接收信息的人或机器，是信息的接收者。发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号，使发送信号的特性与传输媒介相匹配，将信源产生的信号变为便于传输的形式。接收设备的基本功能是完成发送过程的反变换，即将信号放大并进行滤波、解调、检测和译码，其目的是从带有噪声和干扰的信号中正确恢匆出发送端发送的原始信息。信道是指传输信号的通道，是从发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介，可以是有线信道，也可以是无线信道。2 .简述遥控器和接收机的选购方法。在选购遥控器时,需要考虑价格和需求。国外品牌遥控器（如FUtaba）价格一般在三千元以上，国内品牌遥控器的价格从百元到千元不等，可根据预算选择

14、不同价格的遥控器。除去价格，遥控器的通道数量是首要考虑的因素，目前遥控器通道设置有六通道、八通道.十四通道和十八通道等。八通道配置的遥控器基本可以满足正常的功能需求。如果有特殊需求，那么可选择通道数量更高配置的遥控器，但遥控器价格也会随之增长。3 .简述图像传输的含义。图像传输（简称图传）设备是将摄像头捕捉的图像传输到地面显示器的无线通信设备，一套图传设备由图传发射模块和图传接收模块（如图5.18所示）组成。图传发射模块是机载设备，与摄像头连接:图传接收模块一般放置于地面，用于接收来自图传发射模块的信号。4 .简述无线AdHoc网络和Mesh网络的特性。自组织:网络终端的用户可以随时加入或离开

15、网络，能够与其他节点自行组网延伸网络覆盖范围；（2）自俞性:网络中节点或拓扑结构出现故障时，网络会自行调整以适应这种变化；多跳性:网络中任意节点可以与其他不相邻的节点通信，并自主确定最优传输路线；分布式:网络中的节点可以直接互相通信，不需要通过中心节点转发。第6章自驾仪校准和姿态控制调试1 .简述超声波的含义。超声波是一种频率超出人耳听觉频率上限的声波（频率大于20kHz）o由于具有良好的方向性和强大的穿透力，超声波广泛应用于测速、测距等方面。超声波信号由超声波传感器发出，经由障碍反射，被接收器所接收，并利用这个时间差计算出到障碍的距离。考虑到不同温度的影响，空气中声波的传播速度不同，因此，测量结果需要根据温度相应地调整。2 .简述GNSS的观测的因素影响。（1）卫星相关误差，包括轨道误差和卫星钟差；（2）传播误差，包括电离层误差、电流层误差和多路径误差；（3）接收机误差，包括接收机时钟差和观测误差。3,简述常用的三种模式。自稳模式、定高模式和定点模式。4.简述定点模式的含义。定点模式能够保持多旋翼的姿态、位置和机头指向稳定，对应MissionP1anner的“1oiter”模式。当飞控手释放滚转/俯仰和偏航摇杆，并将油门摇杆推到中间死区位置时，多旋翼的控制将由自驾仪接管，并能保持当前水平位置、机头指向和高度。精确的GNSS位置信息