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四旋翼无人机飞行器基本知识（四旋翼无人机结构和原理四轴

飞行diy全套入门教程）

1.结构形式

旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一

高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在

飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结

构形式如图1.1所示。

.工作原理

四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力

的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由

度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以

它又是一种欠驱动系统。

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四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电

机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭

矩效应均被抵消。

在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺

时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动

平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。

（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使

得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼

飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四

旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的

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垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞

行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

（2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转

速下降（改变量大小应相等），电机

2、电机4的转速保持不变。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的

升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转，同理，当

电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一

个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

（3）滚转运动：与图b的原理相同，在图c中，改变电机2和

电机4的转速，保持电机1和电机3的转速不变，则可使机

身绕x轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。

（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动

方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中

的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反

扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个

旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当

四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器

转动。在图d中，当电机1和电机3的转速上升，电机

2和电机4的转速下降时，旋翼1