文献综述（或调研报告）：
油动重载多旋翼无人机的设计与实现
于睿 指导教师：王荣蓉 副教授
摘要：在目前无人机市场上，广泛商业化使用的无人机多为多旋翼电动无人机，少部分为单旋翼电动、油动无人机。在技术方面，油动无人机因自身性质难以设计为多旋翼形式，使其发展过程遇到很大阻碍。设计一款由燃油发动机驱动、采用发电机发电蓄能的油电混合动力重载五旋翼无人机，并验证其操控性和稳定性。这种无人飞行器打破油动飞行器的技术壁垒，在续航能力、作业效率等方面均将有出色的表现。在无人机中使用PID控制器对无人机进行飞行控制，设计一种合理的算法有效的消除发动机震动、风力等外力的不良影响，使其工作可靠性提高，为无人机的稳定性提供了充足的保障。
关键字：油动、油电混合、五旋翼、PID控制器
航空机器人是一个在机器人和多旋翼飞行器中一个快速发展的领域，尤其是四轴飞行器，近年来发展十分迅速。四轴飞行器已经成为了世界上机器人研究领域一个标准化的平台，它们可以携带一定载荷、稳定性高而且价格较低。随着其电池和其他技术的发展，四轴飞行器已经广泛应用到室内、户外等多种场合下。［1］如今，已经有成熟的四旋翼飞行器技术用于军事、商业、工业和农业等多各个方面。例如，在农业方面农用无人机主要用于喷施农药、液肥、预警灾害、 采集农田信息等，市场潜力巨大，这方面的无人机研究也在激烈展开。［2］在工业方面，由于无人机具有机动性强,速度快,到位率高,可控性强等特点,适合现代智能电网下的巡检要求,因此引入小型无人直升机为平台,搭载摄像设备和红外影像采集设备进行影像数据搜集工作。［3］在军事方面，目前美国无人侦察机正逐渐趋于成熟，已经成为现代战争中不可缺少的信息支援与保障的有效手段。随着技术的逐步现代化，无人机将有可能在未来战争中逐步取代有人驾驶侦察机，使未来战争的机载手段无人化。无人电子战和无人反潜战飞机已在研究与开发之中，一旦技术成熟和实用化，将可能作为实施电子战软硬杀伤和反潜的重要手段。未来，机载监视与侦察任务将主要由空间资源和长航时无人侦察机共同完成， 无人作战飞机将有可能部分取代战斗攻击机和轰炸机，承担大部分防空压制和一些空中打击任务，无人作战将有可能成为未来战争的一个重要样式。［4］
现在市面上普遍的无人机驱动分为两大类，占有绝大部分市场和研发领域的是由蓄电池供电、电机驱动的电动无人机；此外，还有少部分是燃油发动机驱动的油动发动机。油动单旋翼直升机(简称油机)以燃油发动机提供动力,电动多旋翼无人机(简称电机)以用 锂电池提供动力,现在市面上有单旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼。目前市场上无人机大多是电机,油动无人机的比例仅占3%左右。［5］这两种无人机各有优劣，油机有效载荷较大，续航能力强；而电机操作简单，震动小，运行平稳。
一般电动飞行器以多旋翼（如四旋翼、八旋翼）为主，单旋翼较少；油动飞行器因为驱动源限制，市面上所见的油动飞行器全部是单旋翼飞行器。在农业植保无人机方面，有人做了相关的不同旋翼和驱动无人机工作效率的研究调查，研究结果表明,电动多旋翼、电动单旋翼、油动单旋翼3种旋翼无人机的平均有效喷幅分别为9.5、6.75、9米，最大续航时间分别为11、5、60分钟，最佳作业效率分别为1.88、0.41、9.72公顷。［6］可见在续航时间上油动无人机远远优于电动无人机。而在有效喷幅和作业效率上，续航时间相近的电动单旋翼和多旋翼无人机中，电动多旋翼无人机的表现都要优于单旋翼。因此，如果能够克服燃油发动机的局限，将油动模式与多旋翼结合，无人机的续航时间和作业效率都将保持在一个较高的水准。
最近几年来新能源汽车的兴起在世界范围引起了很大的轰动。在能源短缺和环境污染问题日益严重的当代，纯电动汽车能有效地解决传统燃油汽车带来的能源环境方面问题,但它也有低电池能量密度、昂贵的电池组、有限的续驶里程和循环寿命等缺点。 目前,纯电动汽车储能单元的发展没有达到预期目标,这为混合动力电动汽车（HEV）的发展提供了契机。HEV已成为有利于市场化的既能满足排放和燃油经济性要求,又能兼具纯电动汽车与燃油汽车优点的理想车型。HEV的工作环境复杂多变,其电机驱动系统需要满足可靠性高、效率高、调速性能好、造价低等性能要求。［7］下图1是串联混动系统的布置示意图
