无人机产业链结构

用途分类

军用无人机：主要用于侦察预警、跟踪定位、军事打击和战场搜救等任务。
民用无人机：包括消费级无人机和工业级无人机，应用于航空拍摄、农林植保、物流运输、环境监测等多方领域。

现代产业结构

产业结构说明

无人机产业链上游为无人机设计研发及关键原材料的生产
中游无人机整机制造包括飞行系统、地面系统、任务载荷系统三个方面，是无人机制造的核心部分
无人机产业链下游是无人机的应用场景，应用场景涵盖生活方方面面

无人机重要模块介绍

飞行控制系统（Flight Control System, FCS）

这是无人机的“大脑”，负责控制飞行轨迹、高度和速度等参数。飞控系统通常由控制器、传感器和GPS等组成。
无人机坐标系

悬停

在悬停状态下，四个旋翼具有相等的转速，产生的上升合力正好与自身重力相等。并且因为旋翼转速大小相等，前后端转速和左右端转速方向相反，从而使得飞行器总扭矩为零，使得飞行器静止在空中，实现悬停状态。

垂直运动

垂直运动是五种运动状态中较为简单的一种，在保证四旋翼无人机每个旋转速度大小相等的倩况下，同时对每个旋翼增加或减小大小相等的转速，便可实现飞行器的垂直运动。

当同时増加四个旋翼转速时，使得旋翼产生的总升力大小超过四旋翼无人机的重力时，即，四旋翼无人机便会垂直上升；反之，当同时减小旋翼转速时，使得每个旋翼产生的总升力小于自身重力时，即，四旋翼无人机便会垂直下降，从而实现四旋翼无人机的垂直升降控制。
垂直运动

翻滚运动

翻滚运动是在保持四旋翼无人机前后端旋翼转速不变的情况下，通过改变左右端的旋翼转速，使得左右旋翼之间形成一定的升力差，从而使得沿飞行器机体左右对称轴上产生一定力矩，导致在方向上产生角加速度实现控制的。

如图所示，增加旋翼1的转速，减小旋翼3的转速，则飞行器倾斜于右侧飞行；相反，减小旋翼４，增加旋翼２，则飞行器向左倾斜飞行。
翻滚运动

俯仰运动

四旋翼飞行器的俯仰运动和滚动运动相似，是在保持机身左右端旋翼转速不变的前提下，通过改变前后端旋翼转速形成前后旋翼升力差，从而在机身前后端对称轴上形成一定力矩，引起角方向上的角加速度实现控制的。

如图所示，增加旋翼３的转速，减小旋翼１的转速，则飞行器向前倾斜飞行；反之，则飞行器向后倾斜。

偏航运动

四旋翼的偏转运动是通过同时两两控制四个旋翼转速实现控制的。

保持前后端或左右端旋翼转速相同时，其便不会发生俯仰或滚动运动；而当每组内的两个旋翼与另一组旋翼转速不同时，由于两组旋翼旋转方向不同，便会导致反扭矩力的不平衡，此时便会产生绕机身中心轴的反作用力，引起沿角角加速度。

如图所示，当前后端旋翼的转速相等并大于左右端旋翼转速时，因为前者沿顺时针方向旋转，后者相反，总的反扭矩沿逆时针方向，反作用力作用在机身中心轴上沿逆时针方向，引起逆时针偏航运动；反之，则会引起飞行器的顺时针偏航运动

传感器模块

包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压计和GPS模块等，用于测量无人机的姿态、速度和位置。

陀螺仪：监测三轴的角速度
加速度计：提供无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力。它也能决定无人机在静止状态时的倾斜角度。
磁罗盘：为无人机提供方向感
气压计：利用大气压力换算出高度，协助无人机导航
GPS模块：定经度纬度进行自动飞行，还是保持定位进行悬停

动力系统

包括电机和螺旋桨，提供无人机的飞行动力。
无刷电机

无人机主流控制算法

捷联式惯性导航系统

利用加速度计和陀螺仪测量飞行器的角运动和线运动信息，通过计算模块推算出飞行器的姿态、速度、航向和位置等导航参数。

惯导控制

PID控制算法

一种线性控制器，通过P比例、I积分和D微分的关系来调节控制量，以实现飞行器的姿态和轨迹控制。PID控制算法在多旋翼无人机中应用广泛。
这里以无人车控制为例子：

P比例:

想让这个小车沿着绿线向前走，我们给P设置一个固定的值，这个值可以让离开绿线的小车向绿线的方向行驶，离的越远，方向盘打的角度越大，离的越近，方向盘打的角度越小。橙色的箭头表示小车行进的方向

如果我们把P值设置的比较大，它的路径就如上图，因为方向盘打的角度比较大，所以小车比中等P值的时候较早的到达绿线，但同样因为惯性的原因会多次往返绿线的两侧，也是一次比一次接近绿线，因为它方向盘角度打的比较大，所以会比中等P值往返的次数要多，最终经过多次往返，理论上它会离绿线越来越近，最终到达绿线上方。
如果我们把P值设置的比较小，也就是方向盘打的角度比较小，它的路径是这样的，小车会较晚到达绿线，因为惯性会往返绿线两侧，但是因为方向盘角度小，小车可以在较少的往复次数下接近绿线。

在小车与绿线相同距离的情况下，P值越大，小车的反应越快，P值越小，小车的反应越慢，所以这三个小车第一次到达绿线的时间是不一样的

D微分：

我们为了不让这个小车冲过头，我们再给它加一个力，这个力就是D，让这个力来起一个作用，就是让小车越接近绿线的时候，接近绿线的速度越慢，小车越远离绿线的时候，接近绿线的速度相对较快，这个接近绿线的速度不是小车前进的速度，是小车与绿线平行线之间的相对速度。这个D大家可以理解为小车靠近绿线的一个阻力。

如果D值过大，也就是小车靠近绿线的阻力过大，这样会让小车需要比较长的时间才能到达绿线上方。
如果D值设置的过小，也就是小车靠近绿线的阻力过小，那微分控制(D)就不会对比例控制产生大的影响，所以虽然小车能够较快到达绿线，但小车需要多调整几次，在绿线的两侧往复几次后才能到达绿线上方行驶。

I积分：

设置合适的P值和D值，可以让小车很好的沿着绿线一直走，但路上不是很平坦，会有些坑坑包包，或者其他的一些干扰，路况不好就会让小车的行进路线发生偏移，比如小车在这里遇到了坑坑包包，它的行进路线就会变成这样，稍微偏离了绿线一点，因为微分控制（D）让小车离绿线越近时，靠近绿线的速度越慢，比例控制（P）让小车在接近绿线时，方向盘又打的比较小，所以小车要走一段路才回到绿线上面。