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带你秒懂“无人直升机”的秘密——飞行控制篇

今天小编给大家带来本次系列文章的单旋翼油动无人机飞控部分。

飞行控制与管理系统是无人直升机的关键系统之一。飞行控制系统是完成起飞、空中飞行、执行任务、返场着陆等整个飞行过程的核心系统。对无人直升机实现全权限控制与管理,对无人直升机的功能与性能起关键决定性作用。

无人机飞控一般包括传感器部分、机载计算机(飞控子系统)和伺服作动设备(舵机)三大部分。今天,我们这里主要介绍传感器部分与机载计算机。

飞行控制篇

一、飞控系统

飞行控制系统可以理解成无人机的CPU系统,是无人机的核心部件,其功能主要是发送各种指令,并且处理各部件传回的数据。类似于人体的大脑,对身体各个部位发送指令,并且接收各部件传回的信息,运算后发出新的指令。例如,大脑指挥手去拿一杯水,手触碰到杯壁后,因为水太烫而缩回,并且将此信息传回给大脑,大脑会根据实际情况重新发送新的指令。飞控实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。

1飞控功能

功能:

① 无人直升机姿态稳定与控制

② 自主导航飞行与航迹控制

③ 起飞着陆控制

④ 飞行管理

⑤ 任务设备的管理与控制

⑥ 应急控制

⑦ 信息收集与传递

2工作原理

直升机运动包括姿态运动和轨迹运动。

驾驶员驾驶直升机就是控制直升机的姿态运动和轨迹运动。

飞行控制系统就是一个能够部分或者全部代替驾驶员直接控制它的姿态运动和轨迹运动,并能改善飞行品质的控制系统,即在无人直接参与条件下自动地控制直升机飞行的一套控制系统。

驾驶员稳定直升机受干扰运动过程:

带你秒懂“无人直升机”的秘密——飞行控制篇插图1

自动控制稳定直升机受干扰运动过程 :

带你秒懂“无人直升机”的秘密——飞行控制篇插图3

3基本功能

① 自动驾驶功能。如姿态保持,航向保持,高度保持等。

② 改善直升机操纵性、稳定性(飞行品质)功能。

③ 能够实现航迹控制、自动导航、自动着路、垂直升降、自动悬停、自动过渡飞行等功能。

二、MEMS陀螺仪

陀螺仪是一种用来传感与维持方向的装置,基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的轮子构成。陀螺仪一旦开始旋转,由于轮子的角动量,陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用于导航、定位等系统。

微机械MEMS 是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写,即微电子机械系统。 MEMS技术是建立在微米 /纳米技术(micro/nanotechnology)基础上的 21世纪前沿技术,是指对微米/纳米材料进行设计、 加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令,还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。

带你秒懂“无人直升机”的秘密——飞行控制篇插图5

图片源于网络

三、惯导

惯性导航系统(INS,以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面,还可以在水下。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变~换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息

带你秒懂“无人直升机”的秘密——飞行控制篇插图7

惯性导航系统有如下 优点 :

① 由于它是不依赖于任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好,也不受外界电磁干扰的影响。

② 可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下。

③ 能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低。

④ 数据更新率高、短期精度和稳定性好。

四、GPS

GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称。利用GPS定位卫星,在全球范围内实时进行定位、导航的系统,称为全球卫星定位系统,简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统,能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息,是卫星通信技术在导航领域的应用典范,它极大地提高了地球社会的信息化水平,有力地推动了数字经济的发展。

1工作原理

卫星信号中所包含的信息大致包括卫星的星图轨道信息和精确无比的时间信号,通过速度时间与距离的公式,再辅助上四点定位的原理就可以确定用户的位置了。

2RTK

RTK(Real – time kinematic)实时动态差分法。这是一种新的常用GPS测量方法,以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量发放。

它采用了载波相位动态实时差分法,由于速度块、精度高,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地图测图,各种控制测量带来了便利,极大提高了外业作业效率。

西安蓝悦航天科技有限公司的全部型号飞机均采用RTK定位。

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