1Введение.
На ранней стадии разработки БПЛА НИОКР сосредоточились в основном на аэродинамической структуре и механических характеристиках, стремясь к стабильным, быстрым и высокопоказательным возможностям полета.С быстрой итерацией чипов, искусственного интеллекта и технологий больших данных, БПЛА развились в направлении интеллекта, терминализации и кластерной операции.Вмешательство электронной информационной и микроэлектронной технологий значительно снизило порог применения БПЛА, что позволяет гражданским потребителям достичь стабильного полета при простой эксплуатации.
Несомненно, стремительное совершенствование технологии управления полетом является основной движущей силой всеобъемлющей популяризации и скачка производительности БПЛА за последнее десятилетие.
2Что такое система управления полетом?
Система управления полетом (FCS) считаетсямозг БПЛАОн выполняет основные функции, включая восприятие положения самолета в режиме реального времени, вычисление данных, логическое суждение и вывод инструкций.
Полет, навигация, преобразование положения и регулирование траектории многороторных БПЛА следуют единой логике:различные датчики собирают данные о положении и положении в режиме реального времени и передают их контроллеру полетаПосле высокочастотного управления и анализа, диспетчер полета передает команды управления на приводе, чтобы регулировать скорость двигателя и полный стабильный контроль полета.
Подобно человеческому мозгу, диспетчер формирует замкнутый цикл управления "восприятие-расчет-исполнение-отзывы",что является самой основной аппаратной и программной системой для обеспечения стабильного и безопасного полета БПЛА.
3Принцип полёта и логика управления квадроторными БПЛА
3.1 Общий структурный состав
Стандартный беспилотный летательный аппарат с четырех круговых колес состоит из четырех основных модулей: модуль обнаружения, модуль управления, модуль исполнения и модуль питания.Фюзеляж использует легкую и высокопрочную карбоновую крестовую симметричную жесткую структуру.Четыре роторных двигателя установлены на четырех концах фюзеляжа, обеспечивая всю энергию полета БПЛА.
Положение и положение квадротора полностью контролируются путем регулирования скорости четырех роторов.передние и задние роторы вращаются по часовой стрелке, в то время как левый и правый роторы вращаются против часовой стрелки, реализуя взаимную отмену крутящего момента при навигационном состоянии.
Квадроторный БПЛА - это типичныйНелинейная система с низким уровнем действия, с сильной сцепкойс выходом движения на 6 градусов свободы, управляемым 4 группами скоростей ротора.которая предъявляет высокие требования к производительности и точности алгоритмов управления полетом в реальном времени.
3.2 Пять основных государств полета
В воздухе: Четыре ротора работают с одинаковой скоростью, общий подъем сбалансирован с гравитацией БПЛА, а общий крутящий момент равен нулю, что обеспечивает стабильное статическое плавание в воздухе.
Вертикальное движение: синхронное увеличение или уменьшение скорости всех четырех роторов.
Движение проката: сохранять скорость передних и задних роторов неизменной, регулировать скорость левых и правых роторов, чтобы сформировать разницу подъема, генерировать боковой крутящий момент,и реализовать левый и правый наклон и перемещение фюзеляжа.
Движение пича: сохранять скорость левого и правого роторов неизменной, регулировать скорость переднего и заднего роторов, чтобы сформировать разницу переднего и заднего подъема, и реализовать наклон и полет фюзеляжа вперед и назад.
Движение " Yaw ": регулировать разницу скорости между группами роторов в сторону часового стрелка и против часового стрелка, чтобы нарушить баланс крутящего момента, генерировать крутящий момент вокруг центральной оси фюзеляжа,и реализовать левое и правое отклонение вращения.
3.3 Автономный полет и стабильная логика управления
Точное отслеживание траектории является основным условием для автономного полета БПЛА.Устойчивое управление положением - это основная предпосылка точного управления траекторией..
Система управления полетом принимаетсистема управления с двумя петлями: внутренняя петля реализует высокочастотный стабильный контроль трех углов положения (roll, pitch, yaw), а внешняя петля завершает низкочастотную траекторию и отслеживание положения.Внутренняя петля с быстрым реагированием подавляет внешние помехи и нервные реакции, в то время как внешняя петля обеспечивает точную навигацию на большие расстояния.
Чтобы справиться со сложными помехами окружающей среды и шумом датчиков, система управления полетом оснащена наблюдателями за нарушениями и адаптивными алгоритмами компенсации для повышения надежности системы.обеспечение непрерывного и стабильного отслеживания положения и выполнения траектории в сложных сценариях.
4Основные компоненты и функции датчиков системы управления полетом
4.1 Инерциальное измерительное устройство IMU (основное восприятие положения)
IMU - это основополагающее устройство управления полетом, состоящее из гироскопа с тремя осями, акселерометра с тремя осями, геомагнитного датчика с тремя осями и барометра.ответственный за восприятие состояния полного измерения движения.
3-осевой гироскопОсновываясь на гироскопическом эффекте, он измеряет угловую скорость БПЛА по оси X, Y и Z в режиме реального времени, фиксирует тенденции изменения положения,и предоставляет основные данные для коррекции стабильности положения.
3-осевой акселерометр: воспринимает линейное ускорение трех осей фюзеляжа, оценивает состояние движения, такое как ускорение, замедление и статическое состояние, и помогает в решении угла наклона положения.
Геомагнитный датчик: эквивалент электронного компаса, он калибрирует угол направления БПЛА для решения проблемы дрейфа инерциальных датчиков.
Барометр: Измеряет изменения атмосферного давления для достижения высокоточного позиционирования относительной высоты и полёта на фиксированной высоте, компенсируя низкую точность измерения высоты GPS.
IMU образует с диспетчером полета высокочастотную петлю управления с закрытым контуром частотой 10 Гц,который динамически компенсирует смещение положения в режиме реального времени, чтобы предотвратить опрокидывание и аварию, вызванную дисбалансом положения.
4.2 Датчик скорости
Датчик скорости воздуха вычисляет скорость воздуха в режиме реального времени, обнаруживая разницу давления между статическим атмосферным давлением и давлением ветра.Он отражает относительную скорость движения между БПЛА и воздухом., которые являются ключевыми данными для оценки подъема взлета и стабильного полета, эффективно избегая сбоев полета, вызванных помехами противного или заднего ветра.
4.3 GPS/Модуль позиционирования Beidou
Основываясь на принципе трехстороннего позиционирования спутника, GPS/Beidou получает информацию об абсолютной долготе, широте, скорости на земле и высоте БПЛА.Открытая и зрелая система позиционирования может достичь точности позиционирования на уровне метра или даже на уровне субметра в открытой среде, обеспечивающий абсолютную позицию ориентировки для планирования маршрута, фиксированной точки навигации и возвращения домой.
GPS подвержен окклюзии зданиями, деревьями и тоннелями, что приводит к потере сигнала и дрейфу, что является одной из основных причин улета и падения БПЛА в сложных сценариях.
4.4 Наземная станция и радио для передачи данных
Наземная станция является терминалом взаимодействия человека и компьютера и командного планирования системы БПЛА.развертывание задач и мониторинг состояния полета в режиме реального времени с помощью вспомогательного программного обеспечения.
Радио для передачи данных является связующим звеном между наземной станцией и БПЛА.Он отличается сильным проникновением и длинным расстоянием передачи.Он реализует двустороннюю передачу наземных команд и данных полета БПЛА (высота, скорость, отношение, напряжение), поддерживая изменение маршрута в режиме реального времени и аварийное управление во время полета.
5Основные функции современной интеллектуальной системы управления полетами
5.1 Точное восприятие полного состояния
Система управления полетом может отслеживать 15 основных величин состояния полета в режиме реального времени, включая 3D-позицию, 3D-скорость, 3D-ускорение, угол 3-осевой и угловую скорость 3-осевой.С помощью мультисенсорного синтеза данных, он устраняет ошибки отдельных датчиков, таких как IMU, GPS и барометр, и выдает высоконадежные данные о состоянии полета.
5.2 Многодатчиковая интегрированная навигация
Современные высокотехнологичные системы управления полетом расширяют визуальные датчики и ультразвуковые датчики на основе традиционной инерциальной навигации и спутниковой навигации.измерение скорости и избегание препятствий;; ультразвук помогает в высокоточной низкой высоте фиксированной высоты.значительное повышение надежности полета;Он обеспечивает бесперебойное переключение стабильного полета в открытых сценах с GPS-сильным GPS и потерянных в помещении и защищенных сценах.
5.3 Управление полетом высокой прочности
Благодаря оптимизированным алгоритмам управления, система управления полетом обладает высокоточными возможностями управления для навигации, низкоскоростного круиза и высокоскоростного полета.обладает сильной антиинтерференцией и отказоустойчивостьюОн может быстро восстановить стабильное положение в экстремальных сценариях, таких как повреждение пропеллера, внешний удар и внезапное изменение нагрузки, эффективно повышая безопасность полета.
5.4 Интеллектуальная диагностика ошибок и раннее предупреждение
Система управления полетом отслеживает в режиме реального времени такие параметры, как напряжение, ток, температура, скорость двигателя и вибрации.Он реализует интеллектуальную диагностику потенциальных неисправностей, таких как дрейф IMU.Он поддерживает раннее предупреждение и защиту от аварийных ситуаций, значительно снижая вероятность авиационных аварий.
6. Резюме
Система управления полетом БПЛА опирается на совместную работу МУУ, спутникового позиционирования, измерения скорости, связи и других мультисенсорных модулей.С помощью высокочастотного замкнутого цикла управления и алгоритмов слияния многоисточников данных, реализует базовые функции, такие как стабилизация положения, навигация на фиксированной высоте и отслеживание траектории, а также передовые интеллектуальные функции, такие как избыточная навигация,самодиагностика полета против помех и ошибок.
Итерация алгоритмов обнаружения и управления управлением полетом является основной движущей силой беспилотных летательных аппаратов для перехода от простого ручного полета к полностью автономному интеллектуальному полету.и является ключевой основой для беспилотных летательных аппаратов, которые будут широко использоваться в аэрофотосъемкеСценарии геодезии, картографирования и промышленной инспекции.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
