1소개
UAV 개발의 초기 단계에서 R&D는 주로 공기역학 구조와 기계적 성능에 초점을 맞추고 안정적이고 빠르고 고도 비행 능력을 추구했습니다.칩의 빠른 반복으로인공지능과 빅데이터 기술로, UAV는 지능, 단말 및 클러스터 운영으로 진화했습니다.전자 정보 및 마이크로 전자 기술의 개입은 UAV 응용의 문턱을 크게 줄였습니다., 민간 소비자가 간단한 조작으로 안정적인 비행을 달성 할 수 있습니다.
의심할 여지 없이, 비행 제어 기술의 급속한 업그레이드는 지난 10 년 동안 UAV의 포괄적 인 대중화와 성능 도약의 핵심 동력입니다.
2비행 제어 시스템이란 무엇인가요?
비행 제어 시스템 (FCS) 은UAV의 뇌항공기의 자세를 실시간으로 인식하고 데이터 계산, 논리적 판단 및 명령 출력 등 핵심 기능을 수행합니다.
다중 로터 UAV의 비행, 기어, 자세 변화 및 궤도 조정 모두 통일 된 논리를 따르고 있습니다.다양한 센서들이 실시간 자세와 위치 데이터를 수집하고 비행 컨트롤러에게 전송합니다.고 주파수 작동 및 분석 후, 비행 컨트롤러는 제어 명령을 작동 장치로 출력하여 모터 속도를 조정하고 안정적인 비행 통제를 완료합니다.
인간의 뇌와 비슷하게, 비행 컨트롤러는 "감각-계산-집행-반응"의 폐쇄된 제어 루프를 형성합니다.UAV의 안정적이고 안전한 비행을 보장하는 가장 핵심적인 하드웨어 및 소프트웨어 시스템입니다..
3쿼드로터 UAV의 비행 원칙과 제어 논리
3.1 전체 구조 구성
표준 쿼드로터 UAV는 탐지 모듈, 제어 모듈, 실행 모듈 및 전원 공급 모듈의 네 가지 핵심 모듈로 구성됩니다.대체 가볍고 고강도 탄소 섬유 십자 대칭 딱딱한 구조를 채택4개의 로터 모터가 몸집의 4개의 끝에 설치되어 있어 UAV의 모든 비행력을 제공한다.
4개의 로터의 속도를 조절함으로써 쿼드로터의 비행 자세와 위치가 완전히 제어됩니다. 회전 토크를 상쇄하고 몸체의 자동 회전을 피하기 위해,앞과 뒷 로터는 시계 방향으로 회전합니다., 왼쪽과 오른쪽 로터가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안, 떠있는 상태에서 상호 토크 취소 실현.
쿼드로터 UAV는 전형적인저운동, 강한 결합 비선형 시스템자유의 6도 이동 출력 로터 속도 4 그룹에 의해 제어됩니다. 자세 운동과 변환 운동 사이에 강한 결합 관계가 있습니다.비행 제어 알고리즘의 실시간 성능과 정확성에 대한 높은 요구 사항을 제시하는.
3.2 5개의 기본 비행 국가
떠다니는 것: 네 개의 로터는 같은 속도로 움직이고, 전체 리프트는 UAV의 중력과 균형을 이루고, 전체 토크는 0이며, 안정적인 정적 기류를 실현합니다.
수직 운동: 4개의 로터 모두의 속도를 동시 증가 또는 감소시킵니다. 전체 리프트가 증가하면 수직 상승이 가능하지만 전체 리프트가 감소하면 수직 하락이 가능합니다.
롤 모션: 앞 및 뒷 로터의 속도를 변경하지 않고, 왼쪽 및 오른쪽 로터의 속도를 조정 하 여 승강차를 형성 하 고, 측면 토크를 생성,그리고 좌우 기울기 및 몸체의 변환을 실현.
피치 모션: 좌측 및 우측 로터의 속도를 변경하지 않고, 앞 및 뒷 로터의 속도를 조정하여 앞-뒤 리프트 차이를 형성하고, 앞과 뒤로 기울기 및 비행을 실현하십시오.
왈가왈부: 시계 방향으로 및 시계 반대 방향으로 로터 그룹 사이의 속도 차이를 조정 토크 균형을 깨고, 몸체 중앙 축 주위에 회전 토크를 생성,그리고 왼쪽과 오른쪽 기울기 회전을 실현.
3.3 자율 비행과 안정적인 제어 논리
정확한 궤도 추적은 UAV 자율 비행의 기본 조건입니다. 강한 결합 역학, 모델 매개 변수 오류 및 외부 바람장 간섭에 의해 영향을 받으며,안정적인 자세 조절은 정확한 궤도 제어의 주요 전제입니다..
비행 제어 시스템은듀얼 루프 넥스트 컨트롤 프레임워크: 내부 루프는 세 가지 자세 각도 (roll, pitch, yaw) 의 고 주파수 안정적인 제어를 실현하고, 외부 루프는 낮은 주파수 궤도 및 위치 추적을 완료합니다.빠른 반응 내부 루프는 외부 간섭과 자세 불안을 억제합니다, 바깥 루프는 장거리 정확한 노선 탐색을 실현합니다.
복잡한 환경 간섭과 센서 잡음을 처리하기 위해 비행 제어 시스템은 시스템 안정성을 향상시키기 위해 장애 관찰기와 적응 보상 알고리즘을 갖추고 있습니다.복잡한 시나리오에서 지속적이고 안정적인 자세 추적 및 궤도 실행을 보장합니다..
4비행 제어 시스템의 핵심 부품 및 센서 기능
4.1 IMU 관성 측정 단위 (Core Attitude Perception)
IMU는 비행 제어 시스템의 가장 기본적인 감지 단위입니다. 3축 자이로스코프, 3축 가속도표, 3축 지자기 센서, 바로미터로 구성되어 있습니다.전체 차원 운동 상태 인식에 책임이.
3축 자이로스코프자이로스코피 효과에 기초하여, X, Y, Z 축에 있는 UAV의 각속도를 실시간으로 측정하고, 자세 변화 추세를 파악합니다.그리고 자세 안정성 수정에 대한 핵심 데이터를 제공합니다.
3축 가속계: 몸체의 세 축의 선형 가속을 감지하고 가속, 가속 및 정적 상태와 같은 운동 상태를 판단하고 자세 기울기 각도를 해결하는 데 도움을줍니다.
지자기 센서: 전자 나침반과 동등하며, 관성 센서의 기어 유동 문제를 해결하기 위해 UAV의 방향 각도를 캘리브레이트합니다.
바로미터: 고정도의 상대 고도 위치 및 고정 고도 비행을 실현하기 위해 대기 압력 변화를 측정하여 GPS 고도 측정의 낮은 정확도를 보상합니다.
IMU는 비행 컨트롤러와 10 Hz의 고주파 닫힌 루프 제어 루프를 형성합니다.정지 불균형으로 인한 돌림과 충돌을 방지하기 위해 실시간으로 정지 오프셋을 동적으로 보상합니다..
4.2 비행 속도 센서
비행 속도 센서는 정적 대기압과 바람의 압력 사이의 압력 차이를 감지하여 실시간 비행 속도를 계산합니다.그것은 UAV와 공기 사이의 상대적인 이동 속도를 반영합니다., 이것은 대풍이나 후풍의 간섭으로 인한 비행 실패를 효과적으로 방지하여 이륙 리프트와 안정적인 비행을 판단하는 핵심 데이터입니다.
4.3 GPS/베이두 위치 모듈
위성 삼면적 위치 원칙에 기초하여 GPS/베이두는 UAV의 절대 경도, 위도, 지상 속도 및 고도 정보를 얻습니다.개방적이고 성숙한 위치 시스템에서는 개방된 환경에서 미터 수준 또는 심지어 미터 이하의 위치 정확도를 달성 할 수 있습니다., 노선 계획, 고정 지점 호빙 및 귀국 비행에 대한 절대 위치 참조를 제공합니다.
GPS는 건물, 나무 및 터널에 의해 차단되기 쉬운 것으로 신호 손실과 유동으로 이어집니다. 복잡한 시나리오에서 UAV가 비행하고 충돌하는 주요 원인 중 하나입니다.
4.4 지상역 및 데이터 전송 라디오
지상 역은 UAV 시스템의 인간 컴퓨터 상호 작용 및 명령 스케줄 터미널입니다. 비행 경로 계획, 매개 변수 설정,지원 소프트웨어를 통해 작업 배포 및 실시간 비행 상태 모니터링.
데이터 전송 라디오는 지상 스테이션과 UAV 사이의 통신 다리입니다. 433 MHz와 같은 주류 주파수 대역을 채택하여,강한 침투력과 긴 전송 거리를 특징으로합니다.지상 명령과 UAV 비행 데이터 (높이, 속도, 자세, 전압) 의 양방향 전송을 실현하여 비행 중 실시간 경로 수정 및 비상 통제를 지원합니다.
5현대 지능형 비행 제어 시스템의 핵심 기능
5.1 전체 상태 정밀 인식
비행 제어 시스템은 3차원 위치, 3차원 속도, 3차원 가속, 3축 각 및 3축 각속 등 15개의 핵심 비행 상태량을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.멀티 센서 데이터 퓨전, 그것은 IMU, GPS 및 바로미터와 같은 단일 센서의 오류를 제거하고 높은 신뢰성 비행 상태 데이터를 출력합니다.
5.2 멀티 센서 통합 내비게이션
현대 고급 비행 제어 시스템은 전통적인 관성 내비게이션과 위성 내비게이션을 기반으로 시각 센서와 초음파 센서를 확장합니다. 쌍측 시야는 3D 위치 파악을 실현합니다.속도 측정 및 장애물 회피; 초음파는 높은 정밀도 낮은 고도 고정 높이를 지원 합니다. 과잉 IMU와 지자기 시스템은 자동으로 센서 고장 경우 작동 채널을 전환,비행 신뢰성을 크게 향상시킵니다.그것은 GPS-강도한 개방된 장면과 GPS-잃어버린 실내 및 보호된 장면에서 안정적인 비행의 원활한 전환을 실현.
5.3 고강도 비행 제어
최적화된 제어 알고리즘을 통해 비행 제어 시스템은 높은 정밀도, 낮은 속도 크루즈 및 고속 비행에 대한 제어 기능을 갖추고 있습니다.강력한 반 간섭 및 오류 내성을 가지고 있습니다.그것은 프로펠러 손상, 외부 충격 및 갑작스러운 부하 변화와 같은 극단적 인 시나리오에서 안정적인 자세를 신속하게 회복하여 비행 안전을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
5.4 지능형 오류 진단 및 조기 경고
비행 제어 시스템은 전압, 전류, 온도, 모터 속도 및 진동과 같은 실시간 매개 변수를 모니터링합니다.그것은 IMU 드리프트와 같은 잠재적 오류의 지능적인 진단 실현통신 고장 및 전력 이상. 그것은 비행 사고의 가능성을 크게 줄이는 조기 경고와 비상 자세 보호를 지원합니다.
6요약
UAV 비행 제어 시스템은 IMU, 위성 위치, 항공 속도 측정, 통신 및 기타 멀티 센서 모듈의 협력 작업에 의존합니다.고주파 폐쇄회로 제어 및 멀티 소스 데이터 퓨전 알고리즘을 통해, 그것은 자세 안정화, 고정 고도 기어와 궤도 추적과 같은 기본적인 기능을 실현, 뿐만 아니라 과잉 탐색과 같은 고급 지능 기능,방해 방지 비행 및 오류 자진 진단.
비행 제어 감지 및 제어 알고리즘의 반복은 UAV가 단순한 수동 비행에서 완전히 자율적인 지능형 비행으로 이동하는 핵심 동력입니다.그리고 항공사진 촬영에 널리 사용되는 UAV의 핵심 기반입니다., 조사, 지도 및 산업 검사 시나리오.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!
