最近幾年以來無人機的熱度一直有增無減,而一直引領(lǐng)這一行業(yè)發(fā)展的就是我國的大疆公司
大疆之所以能引領(lǐng)行業(yè)我覺得最大的因素是其率先開發(fā)出簡單實用的飛控系統(tǒng)。
在還沒飛控系統(tǒng)的時候,無人機、航模等都是很難操控的,只能在視覺范圍內(nèi)控制。其遙控實現(xiàn)機動、機態(tài)的調(diào)整都需要飛手通過視覺的感知再去進行控制。這樣的操作注定沒法大眾普及。直到研發(fā)出的飛控系統(tǒng)。才使無人機成為面向消費級的產(chǎn)品??梢哉f飛控技術(shù)的發(fā)展是無人機得以快速發(fā)展壯大的最大推手。
現(xiàn)在,我們就來簡單介紹一下飛行控制系統(tǒng)
飛行控制系統(tǒng)簡稱飛控,是飛行器的大腦,多軸飛行器的飛行、懸停,姿態(tài)變化等等都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳回飛控,再由飛控通過運算和判斷下達指令,由執(zhí)行機構(gòu)完成動作和飛行姿態(tài)調(diào)整。
無人機飛控系統(tǒng)的組成:
IMU慣性測量單元是由三軸陀螺儀、三軸加速計、三軸地磁傳感器和氣壓計構(gòu)成的。
三軸指的就是飛機的左右、前后和垂直方向的上下,在飛機上分別對應(yīng)橫滾、俯仰和Z軸。
三軸陀螺儀通過三個軸上的傳感器計算外部框架旋轉(zhuǎn)的度數(shù)等數(shù)據(jù),現(xiàn)在一般用電子陀螺儀代替機械陀螺儀。
三軸加速度計是測量飛機XYZ三個軸的加速度;地磁傳感器就是感知地磁,就是一個電子指南針,可以讓飛機知道自己的飛行朝向、機頭朝向、目的位置和原位置。
氣壓計用于測量不同位置,計算壓差獲得當前的高度。
GPS定位:確定飛行器的位置、目的位置、原位置當前速度和加速度等,并且可和氣壓計、空速計一同工作,消除誤差等
空速傳感器:分為兩路測量氣壓的傳感器,一路測量靜止氣壓,一路測量迎風(fēng)氣壓,利用差值計算當前的空氣流速等
這幾個元件綜合作用感知飛機的姿態(tài)變化數(shù)據(jù)。由于飛行器本身的不穩(wěn)定和環(huán)境的多變,要實現(xiàn)穩(wěn)定懸停和飛行,就需要獲得飛行器的15個狀態(tài),比如:三維位置、三維速度、三維加速度、三軸角度、三軸角速度等等,并進行一系列“串級控制”,即把這些數(shù)據(jù)傳輸給飛控內(nèi)部的單片機,單片機負責(zé)運算,根據(jù)飛機的當前數(shù)據(jù),計算出相應(yīng)的補償方向、補償角,再把這些補償數(shù)據(jù)傳輸給電機,由電機去執(zhí)行,完成補償動作。
由于環(huán)境的多變,大部分的飛控需要幾乎每時每刻都在對飛行器進行微調(diào),大概一秒刷新十次,即進行十次微調(diào),才能做到最簡單的穩(wěn)定懸停。
就不用再說那些更高難度的翻滾運動、俯仰運動、偏航運動等等了。
地面站:飛手、遙控器、顯示屏等
這就是飛控的最基本的功能,如果沒有飛控系統(tǒng),就需要人為視覺去看飛行器的運動狀態(tài),一旦其中一個角發(fā)生傾斜,那么飛行器就會快速失去平衡,而發(fā)生墜機“炸機”。
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