四旋翼飞行探测器的设计+文献综述(2)
1. 现状及存在问题
1.1 四旋翼飞行探测器的现状
目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都属于微小型无人飞行器。一般可分为3类：遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器，其中遥控航模四旋翼飞行器较多。遥控航模四旋翼飞行探测器的典型代表是美国Draganflycr公司研制的Draganflycr III和香港银辉玩具制品有限公司研制的X UFO；世界上对小型四旋翼飞行探测器的研究的集中在3个方面：基于惯导的自主飞行控制、基于视觉的自主飞行控制和自主飞行器系统方案，其典型代表分别是瑞士洛桑联邦科技学院的OS4、宾夕法尼亚大学的HMX4和佐治亚理工大学的GIMARS；微型飞行器从一开始就引起了人们极大的兴趣，斯坦福大学的Mcsicoptcr是世界上目前最著名、最重要的MAV之一。根据微小型四旋翼飞行探测器发展现状和相关高新技术发展趋势，预计它将有以下发展前景:随着相关研究进一步深入，预计在不久的将来小型四旋翼飞行器技术会逐步走向成熟与实用，任务规划、飞行控制、无GPS导航、视觉和通信等子系统将进一步健全和完善，使其具有自主起降和全天候抗干扰稳定飞行能力；未来的微型四旋翼飞行探测器将完全能够达到美国国防预研局对MAV基本技术指标的要求，随着低雷诺数空气动力学研究的深入以及纳米和MEMS技术的发展，四旋翼MAV必然取得理论和工程上的突破，它将是一种有四个旋翼的可飞行传感器芯片，是一个集成多个子系统（导航与控制、动力与能源、任务与通信子系统）的高度复杂MEMS系统，不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行，还能飞临、绕过甚至是穿过目标物体，此外它还将拥有良好的隐身和信息传输能力；微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应用，在未来战争中，微小型四旋翼飞行器的任务之一将是对敌方进行电子干扰并攻击其核心目标，编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量，还能增强其突防能力。我国飞行探测器的研究起步较晚，因此技术相对落后。随着人们生活质量的提高，经济的改善，越来越多的人开始玩飞行器，并且功能也越来越完善，所以对四旋翼飞行探测器的需求量会逐渐增大。四旋翼飞行探测器的市场潜力还是十分巨大的[1]。
目前，我国市场上四旋翼飞行探测器品种规格很多，动力都采用无刷的轮式直流电机，工作电压为10V／12V或18V；蓄电池一般用的是免文护铅酸蓄电池，容量为2200mAh/3000mAh，充电时间在3小时左右，充电一次行驶里程1小时；转速2200KV；飞行探测器重约3KG。
近年来，随着电力电子技术和自动控制技术等的发展，电机及电机的应用也得到了迅速发展。由于技术的不断提高，电机的控制变得更加灵活，效率也逐渐提高。由过去简单的起动停止控制、以提供驱动为目的应用，转变为对其速度、转子位置、转矩等精确的控制，以及对这些被控制量的逻辑综合控制，使被控制的对象达到更符合预想要求。因此现代电机控制技术离不开功率器件和电机控制器的发展[2]。
1.2 无刷直流电动机的发展现状
1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利标志着无刷电动机的诞生。1978年MAC的无刷直流电机及其相应驱动器的出现使无刷直流电机开始真正进入实用阶段。从而引发了对无刷直流电机研究的小高潮，之后研制成功方波无刷直流电机和正弦波无刷直流电机。近几十年以来，随着永磁新材料、集成电子技术、自动控制理论以及电子技术尤其是大功率开关器件的快速发展，使得直流无刷电机得到了长足的发展。无刷直流电机在运动控制领域受到广泛的应用得益于其优良的转矩特性，以往的直流电动机由于没有电刷而需要机械换相，造成可靠性较低，而且电刷容易出现问题需要经常文护；在换相时会产生电磁间干扰，噪声较大，从而影响了普通直流电机在自动控制系统中的发展应用。以电子换相取代机械换相的无刷电机克服了机械换相带来的缺点，得到了广泛应用和快速发展。无刷直流电机在保持了传统直流电机的良好动、静态调速特性的同时，还具有构造简单、运行可靠、易于控制、不产生火花、电磁噪声低、效率高、转矩特性优异等优点。其应用从最初的军事工业，快速向民用行业以及工业自动化领域迅速扩展。