2429
本文介紹了無人機(jī)設(shè)計(jì)中動(dòng)力系統(tǒng)建模是什么。以簡單模型“饅頭距離模型”為例，說明了數(shù)據(jù)收集、模型構(gòu)建與驗(yàn)證的過程，用于預(yù)測長距離騎行的食物需求。最后列舉了常用的無人機(jī)動(dòng)力指標(biāo)以及無人機(jī)動(dòng)力組件（電池、電調(diào)、電機(jī)、螺旋槳）的關(guān)鍵參數(shù)，幫助讀者更好理解什么是建模。
0、引言
在設(shè)計(jì)無人機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須選擇合適的組件來滿足預(yù)期的性能需求，如懸停時(shí)間、系統(tǒng)效率、最大負(fù)載、最大俯仰角和最遠(yuǎn)飛行距離。這些性能指標(biāo)主要取決于動(dòng)力系統(tǒng)的配置，包括螺旋槳、無刷直流電機(jī)、電子調(diào)速器和電池的選擇。雖然增加電池容量理論上可以延長懸停時(shí)間，但實(shí)際操作中，更大的電池會增加起飛重量，導(dǎo)致更高的功率消耗，最終可能縮短懸停時(shí)間。因此，動(dòng)力系統(tǒng)的不同選型會對無人機(jī)的整體性能產(chǎn)生復(fù)雜的影響。
很多時(shí)候我們主要通過大量實(shí)驗(yàn)或者單純依靠經(jīng)驗(yàn)來估算多旋翼的實(shí)際性能，這樣的設(shè)計(jì)流程成本很高而且效率低。還有就是如何通過我們設(shè)計(jì)者提出的性能指標(biāo)逆向得出最優(yōu)的動(dòng)力系統(tǒng)配置方案，僅靠實(shí)驗(yàn)或者經(jīng)驗(yàn)是很難解決的。
通常解決這些問題的“東西“就叫模型，這里具體來說的是動(dòng)力模型。而建立這套模型的過程就叫建模。
什么問題？就是在知道電池電調(diào)電機(jī)螺旋槳參數(shù)的前提下，然后組裝出來的無人機(jī)在懸停時(shí)間、系統(tǒng)效率、最大負(fù)載、最大俯仰角以及最遠(yuǎn)飛行距離等等指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)之初設(shè)想的結(jié)果。
1、饅頭距離模型
設(shè)想你正計(jì)劃一次騎行旅程，騎自行車從廣州一路北上，抵達(dá)北京。這不僅是一次體力與耐力的考驗(yàn)，也對個(gè)人意志和準(zhǔn)備工作提出了高要求。為了確保這次約2000公里長途騎行的成功，精心規(guī)劃飲食策略至關(guān)重要，特別是了解每天需要攝入多少個(gè)饅頭來維持能量。
建模目的
● 探討并量化饅頭攝入量與騎行距離之間的關(guān)系；
● 在不同條件下（如天氣、地形）預(yù)測每日所需饅頭數(shù)量以保持最佳表現(xiàn)；
● 制定合理的食物補(bǔ)給計(jì)劃，確保營養(yǎng)充足且攜帶方便。
數(shù)據(jù)收集
構(gòu)建可靠模型的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)收集。記錄7天內(nèi)的饅頭攝入量、騎行距離、時(shí)間和感受，并注意外部條件如天氣狀況、氣溫變化和騎行速度，這些因素都可能影響騎行表現(xiàn)。
模型構(gòu)建
根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，我們首先嘗試簡單的線性回歸模型，探索饅頭數(shù)量與騎行距離間的關(guān)系。若簡單模型不足，則使用非線性回歸或機(jī)器學(xué)習(xí)算法捕捉更復(fù)雜的關(guān)系，最終建立數(shù)學(xué)方程或計(jì)算機(jī)模擬，描述兩者間的關(guān)聯(lián)。
模型驗(yàn)證
為確保模型的有效性和可靠性，我們將進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證測試，對比實(shí)際與預(yù)測結(jié)果，不斷調(diào)整優(yōu)化，直至達(dá)到滿意的精度。
結(jié)論
通過詳細(xì)計(jì)算和驗(yàn)證，得出每公里大約消耗0.127個(gè)饅頭。對于2000公里的旅程，理論上需準(zhǔn)備約254個(gè)饅頭。這個(gè)結(jié)論解決了最初的問題：如何為這樣一次長距離騎行合理規(guī)劃飲食。
2、無人機(jī)動(dòng)力指標(biāo)通常有哪些？
飛行性能預(yù)測
● 預(yù)測無人機(jī)在不同飛行條件（如速度、高度、負(fù)載）下的表現(xiàn)，包括最大速度、最高速度、爬升率、下降率等。
● 評估無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性和靈活性，例如最小轉(zhuǎn)彎半徑和最大傾斜角度。
穩(wěn)定性與控制性分析
● 確定無人機(jī)在各種飛行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可控性，確保其能夠在自動(dòng)或手動(dòng)模式下安全可靠地操作。
● 測試并優(yōu)化飛行控制器的參數(shù)設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)更平滑的飛行體驗(yàn)和更高的響應(yīng)精度。
能量消耗與續(xù)航時(shí)間估計(jì)
● 估算無人機(jī)完成特定任務(wù)所需的能量，以及它能夠持續(xù)飛行的時(shí)間長度。
● 根據(jù)不同的飛行任務(wù)需求（如巡航、懸停、快速加速），調(diào)整能源管理策略來延長續(xù)航能力。
環(huán)境適應(yīng)性評估
● 模擬不同天氣條件下（如風(fēng)速、溫度變化）對無人機(jī)飛行性能的影響，確保其具備足夠的魯棒性以應(yīng)對復(fù)雜的外部環(huán)境。
● 分析極端情況下無人機(jī)的行為，以便為緊急情況制定預(yù)案。
3、動(dòng)力零件參數(shù)通常有哪些？
電池
● 容量（mAh）：電池能夠儲存和提供的電荷量。
● 電壓（V）：電池的工作電壓，通常為3.7V（單節(jié)鋰聚合物電池），但多節(jié)串聯(lián)會提高總電壓。
● 放電率（C）：表示電池的最大放電電流能力，例如20C意味著電池可以在其標(biāo)稱容量的20倍下放電。
● 重量（g）：對無人機(jī)的整體質(zhì)量和續(xù)航時(shí)間有直接影響。
(電池參數(shù)詳細(xì)可以看 →?無人機(jī)動(dòng)力之源的深度解析 [ 1 / 3 ])
電調(diào)
● 最大電流（A）：電調(diào)能夠持續(xù)輸出的最大電流。
● BEC輸出（如果有）：提供給接收機(jī)和其他低功耗設(shè)備的備用電源輸出。
● 支持的電池節(jié)數(shù)：電調(diào)能支持的電池電壓范圍，如2S至6S。
(電調(diào)參數(shù)詳細(xì)可以看 →?無人機(jī)電子調(diào)速器：關(guān)鍵參數(shù))
電機(jī)
● KV值：每伏特電壓下的空載轉(zhuǎn)速（RPM/V），用于預(yù)測電機(jī)在不同電壓下的轉(zhuǎn)速。
● 最大功率（W）：電機(jī)能夠承受的最大功率，影響其效率和熱量產(chǎn)生。
● 靜態(tài)扭矩（Nm）：電機(jī)在零速度時(shí)產(chǎn)生的扭矩，反映了起動(dòng)能力和推力潛力。
● 重量（g）：電機(jī)本身的重量，影響無人機(jī)的總體質(zhì)量分布。
(電機(jī)參數(shù)詳細(xì)可以看 →?無人機(jī)電機(jī)：常用參數(shù))
螺旋槳
● 尺寸（直徑×螺距）：螺旋槳的物理尺寸，以英寸為單位，決定了推力特性和效率。
● 材質(zhì)：如塑料、碳纖維等，影響耐用性和重量。
● 葉片數(shù)量：不同數(shù)量的葉片會影響推力和噪音水平。
● 推力曲線：特定電機(jī)和電池組合下，不同轉(zhuǎn)速對應(yīng)的推力數(shù)據(jù)。
(螺旋槳參數(shù)詳細(xì)可以看 →?無人機(jī)螺旋槳的功能與參數(shù) [ 2 / 2 ])
免責(zé)聲明：圖片和素材來源于網(wǎng)絡(luò)公開資料，編寫于此只是為了傳遞行業(yè)資訊，如有誤差歡迎指正，如有侵權(quán)請?zhí)砑幼髡呶⑿艅h除文章！
