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多旋翼模型入门—理论知识篇.pdf

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多旋翼模型⼊入门—理论知识篇 SageST - 2015年3⽉月17⽇日
 多旋翼模型⼊入⻔门—理论知识篇 ⻚页码: /1 21
作者:SageST 多旋翼模型⼊入⻔门—理论知识篇 SageST - 2015年3⽉月17⽇日 1.概述 2.原理与理论解释 2.1 动⼒力总成 1.1 多旋翼制作需要准备什么零件(四轴为例) 结构: 运⾏行原理: ⽆无刷电机(百科链接) 电⼦子调速器 简介(重要): 可设置的参数(⽐比较全⾯面,多轴使⽤用的专⽤用电调⼀一般没有这么多设置项,作为了解) 电机的型号(重要): KV值定义(重要): KV值的意义(了解): 1 1 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 9 9 9 9 10 10 11 12 12 12 14 14 18 18 电池结构: 18 电池S数的意义: 18 电池放电C数的意义: 18 电池充电C数的意义: 18 ⻜飞⾏行控制器 ⻜飞控的⽤用途: ⻜飞⾏行模式(浅谈,不同⻜飞控⾃自⾏行看说明书类⽐比,以下以APM为例): 关于校准: 关于PID(感度?应该也算): ⽇日本⼿手、美国⼿手: 接收机输出(SBUS,PPM,PWM): RSSI: 关于FM,2.4G,PPM,PCM: 通道: 桨的型号(基础): 螺距: 识别正反⾯面以及转向: 关于反扭⼒力,正反桨: 螺旋桨 2.2 控制系统 遥控器 2.3 动⼒力储备 电池
作者:SageST 电池容量: 保存⽅方法: 过充过放: 锂电池的安全性问题: 18 19 19 19 20 21 21 充电器 结构件 机架
1.概述 作者:SageST 1.1 多旋翼制作需要准备什么零件(四轴为例) 动⼒力总成 控制系统 动⼒力储备 结构件 ⽆无刷电机(4个) 电⼦子调速器(俗称电调,4个) 螺旋桨(4个,需要2个正浆,2个反浆) 飞⾏行控制器(俗称飞控) 遥控器(四通道以上遥控器) 电池 充电器 机架 2.原理与理论解释 2.1 动⼒力总成 ⽆无刷电机(百科链接) 结构: ⽆无刷电机的转⼦子是永磁磁钢,连同外壳⼀一起和输出轴相连,定⼦子是绕组线圈,去掉了 有刷电机⽤用来交替变换电磁场的换向电刷,故称之为⽆无刷电机(Brushless motor)。 运⾏行原理: 简单⽽而⾔言,依靠改变输⼊入到⽆无刷电机定⼦子线圈上的电流波交变频率和波形,在绕组线 圈周围形成⼀一个绕电机⼏几何轴⼼心旋转的磁场,这个磁场驱动转⼦子上的永磁磁钢转动,电机 就转起来了,电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输⼊入电压⼤大⼩小等因素有关,更 与⽆无刷电机的控制性能有很⼤大关系,因为输⼊入的是直流电,电流需要电⼦子调速器将其变成 ⻚页码: /4 21
三相交流电,还需要从遥控器接收机那⾥里接收控制信号,控制电机的转速,以满⾜足模型使 ⽤用需要。 总的来说,⽆无刷电机的结构是⽐比较简单的,真正决定其使⽤用性能的还是⽆无刷电⼦子 调速器,好的电⼦子调速器需要有单⽚片机控制程序设计、电路设计、复杂加⼯工⼯工艺等过程的 总体控制,所以价格要⽐比有刷电机⾼高出很多。 作者:SageST 电机的型号(重要): 经常看⼈人说什么2212电机,2018电机等等,到底是什么意思呢?这其实电机的尺⼨寸。 不管什么牌⼦子的电机,具体都要对应4位这类数字,其中前⾯面2位是电机定⼦子的直径, 后⾯面2位是电机定⼦子的⾼高度。 率就更⼤大,适合做⼤大四轴。 简单来说,前⾯面2位越⼤大,电机越肥,后⾯面2位越⼤大,电机越⾼高。 又⾼高又⼤大的电机,功 KV值定义(重要): ⽆无刷电机KV值定义为 转速/V,意思为输⼊入电压增加1伏特,⽆无刷电机空转转速增加 的转速值。从这个定义来看,我们能知道,⽆无刷电机电压的输⼊入与电机空转转速是遵循严 格的线性⽐比例关系的。 KV值的意义(了解): ⽆无刷电机的意义不只是说明电机转速与电压成严格的线性⽐比例关系,还对于电机的性 能有⼀一个开阔性的表⽰示。 ⽤用过⽆无刷电机的朋友⼤大都有这种感觉,同级别(外径)的⽆无刷电机,外转⼦子的和内转 ⼦子的通电⽐比较⼀一下,会发觉外转⼦子电机扭⼒力⼤大⼀一些,要“硬”⼀一些,内转⼦子电机扭⼒力稍微⼩小 ⼀一些,要“软”⼀一些,⼀一看电机参数,外转⼦子电机KV值800多,内转⼦子电机1000多到2000多。 再看⼀一下转速,内转⼦子电机的转速明显⾼高于外转⼦子电机。其实这些特性都与KV值有关,按 照KV值的定义来解释,⽆无刷电机的空转极速,是KV值乘以输⼊入的电压,这也就解释了内转 ⼦子电机的转速为什么⾼高于外转⼦子⽆无刷电机。 就扭⼒力特性来看,KV值⼀一定意义上体现了电机扭⼒力性能,拿外转⼦子电机来说,电机的 空载极速⼀一般般,但是加上负载(例如螺旋桨)后,其极速降落到空载极速的60%-70%, 但是拿同级别的内转⼦子电机来测试的话,其带负载的转速只能到其空载极速的30%-40%, 这明显体现出这两种电机的扭⼒力特性差别,内转⼦子电机的带负载的能⼒力相对较低,为了满 ⾜足扭⼒力做功,内转⼦子电机必需⾃自⾏行降速,增加通过电流,在电压不变的情况下,这样电机 的输出功率就增加了,内转⼦子电机的这种扭⼒力特性也体现在具体的应⽤用上,以前不少轻型 泡沫固定翼飞机,最初都⽤用的是内转⼦子⽆无刷电机,但是因为扭⼒力特性的缘故,飞机螺旋桨 ⻚页码: /5 21
作者:SageST 并不是直接连接在电机上(⾮非直驱),⽽而是增加了⼀一个减速齿轮组,为的就是改善内转⼦子 电机的扭⼒力性能。 同系列同外形尺⼨寸的⽆无刷电机,KV值也能区别电机的特性,⽐比如 B3674 内转⼦子电 机,⼀一个KV值是1860,⼀一个KV值是2075,那第⼀一个电机的扭⼒力就要⼤大⼀一些,峰值做⼯工电流 就相对⼩小⼀一些;第⼆二个电机的技术⾼高⼀一些,但是扭⼒力特性就⽐比第⼀一个电机要差,峰值电流 就会更⼤大⼀一些。 简介(重要): 电⼦子调速器 英⽂文 Electronic Speed Control,简称ESC。针对电机不同,可分为有刷电调和⽆无刷电 调。它根据控制信号调节电动机的转速。 对于它们的连接,⼀一般情况下是这样的: 1、电调的输⼊入线与电池连接; 2、电调的输出线三根与电机连接(对调任意两根实现电机反转); 3、电调的信号线与接收机连接。 另外,电调⼀一般有电源输出功能,即在信号线的正负极之间,有5V左右的电压输出, 通过信号线为接收机供电,接收机再为舵机等控制设备供电。 电调的输出为三~四个舵机供电是没问题的。因此,电动的飞机,⼀一般都不需要单独 为接收机供电,除⾮非舵机很多或对接收机电源有很⾼高的要求。 可设置的参数(⽐比较全⾯面,多轴使⽤用的专⽤用电调⼀一般没有这么多设置项,作为了解) 1.低压切断电压:可以设置为范围内的任意值作为低压保护电压。 注意:⼀一般来说,系统在上电时会⾃自动识别当前使⽤用的锂电节数,并计算出低压保护 值,2.75V为每节锂电的保护电压,⽐比如,3节锂电,则低压保护值为:2.75V×3=8.25V. 2.刹车类型:三个选项:不刹车,软刹车、硬刹车。默认为不刹车。软刹车即不连续 的刹车,硬刹车则是持续地刹车,直⾄至停转。 3.电⼦子进⾓角:三个选项:低进⾓角、中进⾓角、⾼高进⾓角。默认为中进⾓角。低进⾓角适合电感 量较⼤大,转速较低的电机;⾼高进⾓角适合电感量较⼩小,转速很⾼高的电机(如外转⼦子⾼高KV值的电 机)。 4.起动模式:三个选项:快速起动、柔和起动、超柔和起动。默认为超柔和起动。快 速起动适合电感量较⼩小、起动负载较⼩小的电机;超柔和起动适合电感量较⼤大、起动负载较 ⼤大的电机;柔和起动介于俩者之间。 ⻚页码: /6 21
作者:SageST 5.切断类型:⼆二个选项:降低功率(软切断)、⽴立即关机(硬切断)。默认为降低功 率。指当发⽣生电压过低时的保护处理。 选择⽴立即关机,当发⽣生低压时,⽴立即关闭电机。 选择降低功耗,如果是电压过低,则将输出功率将逐步降到50%(即若当前输出功率 ⼤大于50%,则降为50%,否则不变)及以下运⾏行。 6.PWM⼯工作频率设置:⼆二个选项:13KHz、8KHz,默认为8KHz,可满⾜足绝⼤大多数电 机的驱动。更⾼高的频率主要是考虑很⼩小电感量电机的驱动。 7.中位点范围设置:设置范围:0-29%,默认为5%。⽤用于设置车模中位点不刹车的范 围。单向电调改选择⽆无效。 8.油门类型:⽤用于直升机的恒速设定。三个选项:Dis,Gov-L,Gov-H。 恒速功能是指飞机的转速由油门杆的位置来决定,即当油门杆的位置恒定时,飞机的 转速就恒定。该功能主要⽤用于变螺距的直升机,该功能使飞机的操纵更加灵敏,轻巧。 Dis选项为禁⽌止恒速功能,主要⽤用于固定翼货固定螺距直升机;Gov-L为较低转速的恒 速功能,即飞机在较低的速度时保持较好的速度控制;Gov-H为较⾼高转速的恒速功能,即 飞机在较⾼高的速度时保持较好的速度控制。 9.起动动⼒力百分⽐比设置:⽤用于设置起动时的动⼒力⼤大⼩小。设置范围:00%-49%,默认为 +00%。在默认为+00%的情况下,起动动⼒力由系统根据油门位置⾃自动确定。在不是默认值 时,则按设置值处理。 10.模型选择:⽤用于选择飞机模型或车模型。单向电调固定为飞机模型。 11.前进后退⾏行程⽐比设置:⽤用于车模型的前进和后退的油门⾏行程⽐比例。胆⼩小电调该选项 ⽆无效。 12.车模三种⼯工作⽅方式设置:单向、双向及条件双向。单向电调该选项⽆无效。 桨的型号(基础): 螺旋桨 同电机类似,桨也有啥1045,1555这些4位数字,前⾯面2位代表桨的直径(单位:英⼨寸  1 英⼨寸=254毫⽶米)后⾯面2位是桨的螺距。 螺距: 假设螺旋桨在⼀一种不能流动的介质中旋转,那么螺旋桨每转⼀一圈,就会向前进⼀一个距 离,连续旋转就形成⼀一段螺旋。同⼀一⽚片桨叶旋转⼀一圈所形成的螺旋的距离,就称为桨距。 这个是准确的定义。因为实际上要测量桨距的⼤大⼩小⽐比较困难,所以⼀一般固定桨距的螺旋桨 ⻚页码: /7 21
作者:SageST (简单的螺旋桨飞机和船上⽤用的螺旋桨)上都会标明桨距的⼤大⼩小(单位以英⼨寸居多),以便提 供给发动机配套使⽤用。 显然桨叶的迎⾓角⼤大,桨距就⼤大。因此⾼高级⼀一些的螺旋桨飞机或直升机说变桨距其实改 变的就是桨叶迎⾓角。因此有⼈人把桨叶迎⾓角与桨距等同起来。其实它们之间是成正⽐比的关系。 识别正反⾯面以及转向: 凸⾯面为迎风⾯面 ,对于四轴来说,就是凸⾯面朝上。 关于反扭⼒力,正反桨: 反扭⼒力是因为螺旋桨旋转时受到空⽓气阻⼒力的⼀一个分量, 根据⼒力的作⽤用是相互的原则, 反扭⼒力会推动飞机以螺旋桨转动的反⽅方向转动,四轴飞⾏行为了抵消螺旋桨的反扭⼒力,相临 的桨旋转⽅方向是不⼀一样的,所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。适合顺时针旋转的叫 正桨、适合逆时针旋转的是反桨。正常四轴飞⾏行时 ,四只螺旋桨反扭⼒力正好相互抵消。多 旋翼转向运⽤用就是反扭⼒力的原理。 ⻚页码: /8 21 #
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