无人机飞行姿态俯仰、横滚、偏航、油门

无人机的飞行姿态控制主要通过 俯仰（Pitch）、横滚（Roll）、偏航（Yaw） 和 油门（Throttle） 四个核心维度实现，它们共同决定了无人机的运动状态和轨迹。

一、俯仰（Pitch）：绕横轴的上下转动

定义与作用：

• 定义：无人机绕 横轴（左右方向，即机体坐标系的 Y 轴） 的旋转运动，表现为机头向上或向下倾斜。
• 作用：
  • 控制前后运动：
    • 当机头 上仰（正俯仰角） 时，无人机升力的水平分量向后，导致无人机减速或向后退；
    • 当机头 下俯（负俯仰角） 时，升力的水平分量向前，推动无人机前进。
  • 调整飞行轨迹：配合油门可实现爬升或俯冲（如 “抬头爬升”“低头俯冲”）。

控制原理：

• 多旋翼无人机通过调整 前后电机的转速差 实现俯仰：
  • 前电机减速、后电机加速 → 机尾下沉，机头抬起（上仰）；
  • 前电机加速、后电机减速 → 机头下压（下俯）。

二、横滚（Roll）：绕纵轴的左右倾斜

定义与作用：

• 定义：无人机绕 纵轴（前后方向，即机体坐标系的 X 轴） 的旋转运动，表现为机身向左或向右倾斜。
• 作用：
  • 控制左右平移：
    • 机身 左滚 时，升力的水平分量向左，无人机向左移动；
    • 机身 右滚 时，升力的水平分量向右，无人机向右移动。
  • 保持横向平衡：在侧风环境或转向时通过横滚修正姿态。

控制原理：

• 通过调整 左右电机的转速差 实现横滚：
  • 左电机减速、右电机加速 → 机身左倾（左滚）；
  • 左电机加速、右电机减速 → 机身右倾（右滚）。

三、偏航（Yaw）：绕垂直轴的航向转动

定义与作用：

• 定义：无人机绕 垂直轴（上下方向，即机体坐标系的 Z 轴） 的旋转运动，表现为机头向左或向右转动（改变航向）。
• 作用：
  • 调整飞行方向：不改变无人机的水平位置，仅改变机头朝向（如 “原地左转 / 右转”）；
  • 配合导航：在航线飞行或目标追踪时调整机头方向，确保飞行方向与目标一致。

控制原理：

• 多旋翼无人机利用 对角电机的转速差 产生反扭矩实现偏航：
  • 顺时针旋转的电机加速、逆时针旋转的电机减速 → 机身产生逆时针偏航力矩（左转）；
  • 反之则产生顺时针偏航力矩（右转）。

四、油门（Throttle）：整体动力控制

定义与作用：

• 定义：控制无人机所有电机的 整体转速，直接调节升力大小，决定无人机的垂直运动（上升、下降、悬停）。
• 作用：
  • 垂直运动：
    • 油门增加 → 电机转速上升，升力大于重力，无人机上升；
    • 油门减小 → 升力小于重力，无人机下降；
    • 油门保持 → 升力等于重力，无人机悬停（需配合姿态控制抵消风阻等干扰）。
  • 动力分配：在高速飞行或复杂动作中，油门需与俯仰、横滚、偏航协同，避免动力不足或过载。

特殊场景：

• 悬停时：油门需精确平衡重力，同时通过姿态控制（俯仰 / 横滚 / 偏航）抵消气流影响，保持位置稳定；
• 降落时：缓慢降低油门，直至电机转速足以维持安全着陆（避免 “砸机”）。

五、四者的协同控制

1. 基础运动组合：
   • 前进：下俯（俯仰）+ 适当油门（保持高度）；
   • 左转平移：左滚（横滚）+ 左转（偏航）+ 油门平衡；
   • 爬升转弯：油门增加（上升）+ 偏航（转向）+ 横滚（倾斜机身辅助转向）。
2. 飞控系统的作用：
   • 通过 陀螺仪、加速度计、气压计 等传感器实时监测姿态，利用 PID 算法动态调整电机转速，确保四个维度的稳定控制；
   • 遥控器操作中，用户输入（摇杆）转化为对四个维度的目标值，飞控系统自动计算电机转速配比。

总结

• 俯仰 / 横滚：控制无人机的水平姿态和横向、纵向移动，通过电机转速差实现倾斜和位移；
• 偏航：控制航向，通过反扭矩调整机头方向；
• 油门：控制垂直运动，是无人机动力的 “总开关”。
  四者相互配合，使无人机能够完成悬停、飞行、翻滚、俯冲等复杂动作，而飞控系统的核心任务就是实时解算这四个维度的动态平衡，确保安全与稳定。