无人机飞控的作用你了解多少

无人机飞控是指能够稳定无人机飞行姿态,并能控制无人机自主或半自主飞行的控制系统,是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统,被称为无人机的大脑,是无人机最核心的技术之一。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分,它主要的功能就是自动保持飞机的正常飞行姿态,包括了地磁感应、超声波传感器、光流传感器、控制电路、加速计、气压传感器、GPS模块以及陀螺仪组成。
在各种无人机中,固定翼无人机的飞控通常包括副翼、方向、油门、升降、襟翼等控制舵面,通过舵机改变飞机的翼面,产生相应的扭矩,控制飞机转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。而多旋翼无人机则通过控制各轴桨叶的转速来控制无人机的姿态,直升机式无人机通过控制直升机的倾斜盘、油门、尾舵等。
对于固定翼无人机来说,在姿态平稳时,控制方向舵会改变飞机的航向,通常会造成一定角度的横滚,在稳定性好的飞机上,看起来就像汽车在地面转弯一般,可称其为测滑。方向舵是最常用做自动控制转弯的手段,方向舵转弯的缺点是转弯半径相对较大,较副翼转弯的机动性略差。 副翼的作用是进行飞机的横滚控制。固定翼飞机当产生横滚时,会向横滚方向进行转弯,同时会掉一定的高度。 升降舵的作用是进行飞机的俯仰控制,拉杆抬头,推杆低头。拉杆时飞机抬头爬升,动能朝势能的转换会使速度降低,因此在控制时要监视空速,避免因为过分拉杆而导致失速。 油门舵的作用是控制飞机发动机的转速,加大油门量会使飞机增加动力,加速或爬升,反之则减速或降低。
而在升降舵和油门的控制方面。固定翼飞机都有一个最低时速被称做失速速度,当低于这个速度的时候飞机将由于无法获得足够的升力而导致舵效失效,飞机失控。通过飞机的空速传感器可以实时获知飞机的当前空速,当空速降低时必须通过增加油门或推杆使飞机损失高度而换取空速的增加,当空速过高时减小油门或拉杆使飞机获得高度而换取空速的降低。因此,固定翼飞机有两种不同的控制模式,根据实际情况的使用而供用户选择:
第一种控制方式是,根据设定好的目标空速,当实际空速高于目标空速时,控制升降舵拉杆,反之推杆;那空速的高低影响了高度的高低,于是采用油门来控制飞机的高度,当飞行高度高于目标高度时,减小油门,反之增加油门。当飞机飞行时,如果低于目标高度,飞控控制油门增加,导致空速增加,再导致飞控控制拉杆,于是飞机上升;当飞机高度高于目标高度,飞控控制油门减小,导致空速减小,于是飞控再控制推杆,使高度降低。这种控制方式的好处是,飞机始终以空速为第一因素来进行控制,因此保证了飞行的安全,特别是当发动机熄火等异常情况发生时,使飞机能继续保持安全,直到高度降低到地面。这种方式的缺点在于对高度的控制是间接控制,因此高度控制可能会有一定的滞后或者波动。
 第二种控制方式是:设定好飞机平飞时的迎角,当飞行高度高于或低于目标高度时,在平飞迎角的基础上根据高度与目标高度的差设定一个经过PID控制器输出的限制幅度的爬升角,由飞机当前的俯仰角和爬升角的偏差来控制升降舵面,使飞机迅速达到这个爬升角,而尽快完成高度偏差的消除。但飞机的高度升高或降低后,必然造成空速的变化,因此采用油门来控制飞机的空速,即当空速低于目标空速后,在当前油门的基础上增加油门,当前空速高于目标空速后,在当前油门的基础上减小油门。这种控制方式的好处是能对高度的变化进行第一时间的反应,因此高度控制较好,缺点是当油门失效时,比如发动机熄火发生时,由于高度降低飞控将使飞机保持经过限幅的最大仰角,最终由于动力的缺乏导致失速。
因此,两种控制模式根据实际情况而选用。
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