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無人機最核心的技術(shù)集中在總體技術(shù)、動力系統(tǒng)和飛控技術(shù)三個方面,共同決定了無人機系統(tǒng)的飛行高度、航程、航時、航速、載重等等一些重要的技術(shù)指標(biāo),而這其中就涉及到無人機的飛控系統(tǒng)。
在無人機中,飛控系統(tǒng)的作用是控制無人機運行的姿態(tài)和高度,決定著無人機飛行時的航跡和路線,它是無人機完成各種任務(wù)的關(guān)鍵。一套完整的無人機飛行控制系統(tǒng)由飛行控制計算機、姿態(tài)傳感器、無線電高度計等組成,其核心是飛行器控制算法。
那么無人機的飛控系統(tǒng),又由哪幾部分組成呢?
飛行控制系統(tǒng)簡稱飛控系統(tǒng),是控制無人機飛行姿態(tài)和運動方向的部件,是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng),也稱為自動駕駛儀(自駕),這也是無人機區(qū)別于航模的根本原因之一。
實際上,無人機的飛控系統(tǒng)就相當(dāng)于有人機的駕駛員,是無人機執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵。
組成部分
1、飛行控制器
作為無人機飛行運動控制的核心,它要完成飛行器姿態(tài)和位置兩大類輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,同時還要滿足各種外界干擾條件下對操縱指令響應(yīng)速度以及飛機操縱穩(wěn)定性等要求的系統(tǒng)集成。
2、姿態(tài)傳感器
目前常用有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、氣壓導(dǎo)航系統(tǒng)和激光陀螺儀。為了提高飛機的操縱穩(wěn)定性,通常采用陀螺和加速度計共同組成復(fù)合陀螺結(jié)構(gòu),保證了飛機姿態(tài)跟蹤能力及在各種復(fù)雜姿態(tài)下飛機均能平穩(wěn)地沿給定軌跡飛行。
3、無線電高度計
高度計主要用于探測和計算無人機所處空中的高精度位置信息,通常采用三軸數(shù)字陀螺儀加三軸數(shù)字組合方式進(jìn)行設(shè)計。
4、飛行器控制算法軟件
飛控系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的非線性系統(tǒng),其中涉及到大量對飛機控制算法優(yōu)化和提高精度性能有重要影響的變量參數(shù),如姿態(tài)角、速度等;還要考慮到外界環(huán)境擾動及各種干擾條件下對數(shù)據(jù)處理過程所產(chǎn)生負(fù)面影響。
5、實時控制器系統(tǒng)
無人機要實現(xiàn)精確懸停、定高返航是飛行控制系統(tǒng)功能之一,而這些功能實現(xiàn)都需要基于實時控制器算法軟件。實時控制器可分為慣性實時控制器和視覺實時控制器兩種,其中視覺RTK一般用于無人機導(dǎo)航任務(wù);慣性實時控制器可應(yīng)用于固定翼飛機、直升機等。
基本功能
1、控制
解決“怎么飛”的問題。
根據(jù)任務(wù),通過算法計算出控制量,輸出給電調(diào),進(jìn)而控制電機轉(zhuǎn)速,進(jìn)而實現(xiàn)姿態(tài)控制,這是飛控系統(tǒng)要做的首要事情。
2、定位
解決“在哪兒”的問題。
充分發(fā)揮飛控系統(tǒng)中各種傳感器的功能,綜合分析判斷得到準(zhǔn)確的位置和姿態(tài)信息。
3、導(dǎo)航
解決“去哪兒”的問題。
飛行操控人員或者地面站操控?zé)o人機進(jìn)行飛行,進(jìn)而實現(xiàn)航跡控制
機載計算機
機載計算機是飛控系統(tǒng)的核心部件,是算法計算平臺,由硬件和軟件組成。
1、硬件也就是電路板,由主處理控制器(常用的有通用型處理器(MPU)、微處理器(MCU)、數(shù)字信號處理器(DSP)及可編程門陣列(FPGA)、二次電源(5V、±15V 等直流電源)、模擬量輸入/輸出接口、離散量接口、通信接口(RS232/RS422/RS485、ARINC429和 1553B 總線)、余度管理(信息交換電路、同步指示電路、通道故障邏輯綜合電路及故障切換電路)、加溫電路、檢測接口等組成。
2、軟件也就是飛控程序,是一種運行于計算機上的嵌入式實時任務(wù)軟件,不僅要求功能正確、性能好、效率高,而且要求其具有較好的質(zhì)量保證、可靠性和可維護(hù)性。
主要模塊有硬件接口驅(qū)動模塊、傳感器數(shù)據(jù)處理模塊、飛行控制律模塊、導(dǎo)航與制導(dǎo)律模塊、飛行任務(wù)管理模塊、任務(wù)設(shè)備管理模塊、余度管理模塊、數(shù)據(jù)傳輸和記錄模塊、自檢測模塊等。
轉(zhuǎn)載“U飛無人機”
【本文標(biāo)簽】 無人機飛控 無人機系統(tǒng) 無人機應(yīng)用
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