无人机对于我们来说并不陌生，大家都见过吧。有用它进行航拍的，有用它进行无死角全方位全程拍摄的。小时候的你是不特憧憬有一架自己的玩具飞机飞上蓝色的天空呢？那么我们今天就聊聊它吧。

无人机也就是无人驾驶的意思，其英文缩写为“UAV”（Unmanned?Aerial?Vehicle），是利用无线电遥控设备和相应的程序控制装置操纵的能飞到天空不载人的小型飞机。

四旋翼无人机，即四轴飞行器，在各种应用中发挥的作用日趋重要，它的设计综合了机械、电子和软件子系统方面的知识。它为航空摄影、现场检测、监控等众多应用提供了相当稳定的平台。

无人机的机械简单性和空气动力学的稳定性，主要源自各旋翼间的协调配合以控制各种动作，而不像飞机利用飞行表面控制，或如直升机利用主旋翼和尾桨的配合。

1.工作原理

在四轴无人机结构中，机身对角线上的电机旋转方向相同，与另一对电机的旋转方向相反。如果想保持机身平衡或上升、下降、悬停就必须保持四个电机的转速相同。如果其中一组对角电机比另一组对角电机转速快，则无人机会发生偏航，保持在同一水平面绕重心旋转如图1所示。

无人机通过不同的转速组合操控动作

• 偏航、俯仰、滚转动作时需要两个对角电机 (M2, M4) 同时加速；或一个对角电机 (M2) 加速，同时另一对角电机 (M4) 减速

无人机的上升、下降、滚转

• 如果前（或后）旋翼电机转速发生变化，无人机就会像固定翼飞机上升或下降飞行一样，机头上升或下降。若左或右旋翼作出类似调节，将导致无人机滚转，即绕中心线旋转。通过调节对角电机或单个电机的相对速度

无人机的飞行控制系统负责调节电机的转速，实现所需的飞行姿态，从而完成所需操作。

设计中存在的两大问题：1.如何校正电机转速。2.如何测量无人机的姿态。

解决方案：针对电机转速问题一般利用误差信号校正、既比例-积分-微分 (PID) 控制器。

针对无人机的姿态一般使用高精度智能传感器数据来做欧拉角计算。

欧拉角图示定义

? α：x 轴与 N 之间的夹角

? ?：z 轴与 Z 轴之间的夹角

? γ：N 与 X 轴之间的夹角

欧拉角 (α, ?, γ) 描述了旋转坐标系 (XYZ) 相对于固定参考坐标系 (xyz) 的相对方向，两个坐标平面相交于直线 N。欧拉角则表示无人机所需的轴向旋转以实现所需姿态。现在，各种形状和大小的无人机都依赖基于传感器的姿态和航向参考系统 (AHRS)，该系统可为欧拉角计算提供位置信息。而欧拉角用于为PID控制器提供误差信号，PID控制器则管理电机转速以实现所需飞行操作。

2. 无人机各系统作用

• 飞行管理与控制系统：相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响，对其飞行性能起决定性的作用；

• 数据链系统：可以保证对遥控指令的准确传输，以及无人机接收、发送信息的实时性和可靠性，以保证信息反馈的及时有效性和顺利、准确的完成任务。
• 发射回收系统：保证无人机顺利升空以达到安全的高度和速度飞行，并在执行完任务后从天空安全回落到地面。

无人机的硬件组成由无刷电机、电子调速器、螺旋桨、飞行控制板、电池、遥控器、机架、充电器。有了这些知识是否你也可以变成一个DIY达人呢。