先来科普一点知识：科普 PWM 信号

PWM 的全称是脉冲宽度调制（Pulse-width modulation），是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低电信号所传递的平均功率的一种方式

所以根据面积等效法则，可以通过对改变脉冲的时间宽度，来等效的获得所需要合成的相应幅值和频率的波形

想完整的讲清楚，这个有点复杂，请自行查阅资料吧

最简单通俗易懂的说就是：我有一个 5V 电源，我只能控制 “通” 和 “断” 两种状态，（0 和 1 两种状态），0V 或 5V。 但我想要 2.5V 的电压，那就在单位时间内 50% 的时间是通电的，剩下 50% 的时间是断电的，这样就可以等效得到一个 2.5V 的电压，这就是 PWM

什么是无人机

“无人机” 标准的说法应该是 “无人驾驶飞行器” 是属于无人驾驶的 “robotic （机器人）” 设备，可以远程或自动控制。

不同类型的无人机器人可用于空中、地面、海上和水下。 这些（更正式地）被称为

  • 无人驾驶飞行器（UAV）Unmanned Aerial Vehicles
  • 无人驾驶地面车辆（UGV）Unmanned Ground Vehicles
  • 无人驾驶水面船只（USV）Unmanned Surface Vehicles
  • 无人驾驶水下潜航器（UUV）Unmanned Underwater Vehicles

参考的开源飞控文档： PX4 自动驾驶用户指南

飞行平台构型 Frame

大体分成三种：固定翼，直升机，多旋翼

除此之外还有：无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机

frame

先来科普一个四个基本操作：

  • throttle 油门（标准的说应该叫节流）（控制动力输出大小的）
  • pitch 俯仰（就是机头上下，绕 Y 轴旋转）
  • roll 横滚（左右偏，绕 X 旋转）
  • yaw 偏航 （转向，改变航线，绕 Z 轴旋转）

对于固定翼是可以通过横滚和俯仰来实现偏航的效果的

固定翼 airplane

最古老的构型，当年 莱特兄弟 的飞机就是这种构型

bernoulli-principle

大家应该都学过伯努利原理，固定翼都是靠这个得到上升动力的

airplane

在这幅图里：

  • 螺旋桨对应 throttle
  • 升降对应的是 pitch
  • 副翼对应的是 roll
  • 方向对应的是 yaw

相信大家都做过飞机，应该都看到过机翼是如何调节的

这就是民航客机的基本原理，未来有机会如果有机会（像柯南一样，飞机驾驶员挂了）。你就可以自己操作飞机了（雾

当然现在的飞机比这个复杂太多了，副翼还有其他用途，因为航模无人机控制系统受限（还有成本），整个副翼是使用一路 PWM 控制的

直升机 helicopter

道理我都懂，但是飞机直立起来（机头朝上，不是翻转倒立）和侧过来为什么还能飞？

直升机立起来和侧过来飞，都是快速不断左右摇晃向下压风完成的

直升机航模的玩法让人怀疑这个视频是特效做的，不过这却是真的

可以看这篇：十分钟就能读懂的直升机飞行原理

通俗的说就是：通过变螺距来控制飞行

单旋翼直升机，为了平衡反扭矩，常见的做法是以另一个小型旋翼，即尾桨

helicopter-swashplate

最复杂的是那个十字盘 （Swashplate）

helicopter

这个是一个极其复杂的机械结构

配合舵机至少要 3 路 PWM

再加上主电机输出和尾浆

tail-rotor

参考了大疆 WooKong-H 悟空系列直升机飞控的使用手册

DJI - The World Leader in Camera Drones/Quadcopters for Aerial Photography

http://dl.djicdn.com/downloads/wkh/cn/WKH_User_Manual_cn.pdf

直升机一般要五个通道才能控制

  • 主电机和十字盘的变主螺距对应 throttle
  • 十字盘对应的是 pitch
  • 十字盘对应的是 roll
  • 尾浆对应的是 yaw

直升机这个变主螺距的特性可以使螺距反向，实现倒立飞行

机场标志： 直升机甲板（英语：Helideck）。H 就是来自这里

helipad

多旋翼 multicopter

旋翼同普通电风扇原理相同，电机连接螺旋桨通过高速转动切割空气使其产生向下的气流，同时产生向上的升力，当升力大于飞行器本身的重力时，飞行器就可以实现上升的动作，反之下降；当升力等于于飞行器本身的重力时，则飞行器处于悬停状态。

就是多个旋翼，是靠每个旋翼的转速不同来控制飞行

飞控一般都支持很多种机架: PX4 自动驾驶用户指南

https://docs.px4.io/master/assets/img/QuadRotorX.8e9a5495.svg

在这幅图里：

  • 全部电机速度变化对应 throttle
  • 1 3 或 2 4 速度变化对应的是 pitch
  • 1 4 或 2 3 速度变化对应的是 roll
  • 1 2 或 3 4 速度变化对应的是 yaw

多旋翼的控制高度依赖，电子，芯片，算法

涵道无人机（Ducted Fan UAV）

这玩意长这样，风扇最外有一圈涵道，民航客机的引擎也是用了涵道

ducted-fan

核心原理是伯努利原理

通过这样一个结构来提供额外的升力

ducted-fan

这张是我自己使用的 draw.io 画的，源文件在这里，可以随意使用 ducted-fan.drawio

垂直起降固定机翼飞机 vertical take-off and landing (VTOL)

融合了多旋翼和固定翼的优点。起飞降落时可以看作是多旋翼，在天空中飞行时可以看作固定翼

VTOLPlane