创客集结号探讨无人机飞控系统及其主要功能

以前,搞无人机都是该方面的专家或者有一定的专业知识的专业人士。但随着人工智能、大数据技术的发展,现在多行业的人才都纷纷投身于无人研发中,现在无人机已从远离人们视野的军事应用飞入到寻常百姓家,连门外汉只需短暂的学习就能稳定操作飞行娱乐。创客集结号认为,飞控技术的发展是无人机演变的最大影响因素。

飞控是什么?

飞行控制系统(Flight control system)简称飞控,可以理解为无人机的CPU系统,是无人机的核心部件。多轴飞行器的飞行、悬停,姿态变化等等都是由多种传感器将飞行器本身的姿态数据传回飞控,再由飞控通过运算和判断下达指令,由执行机构完成动作和飞行姿态调整。

那么,无人机飞控系统的主要功能有哪些呢?

1.飞行状态

飞控系统主要用于飞行姿态控制和导航,对于飞控而言,首先要知道飞行器当前的状态,比如:三维位置、三维速度、三维加速度、三轴角度和三轴角速度等,总共15个状态。由于多旋翼飞行器本身是一种不稳定系统,要对各个电机的动力进行超高频率地不断调整和动力分配,才能实现稳定悬停和飞行,所以,对于航拍无人机来说,即使最简单的放开摇杆飞行器自主悬停的动作,也需要飞控持续监控这15个量,并进行一系列“串级控制”,才能做到稳定悬停,这一点肉眼看起来很简单,但飞控系统里面的运算其实是非常复杂的。

飞控系统最基础也最难控制的技术难点,其实是要准确地感知这一系列状态,如果这些感知数据问题或者有误差都会导致无人机做一些非正常的动作。由于目前传感器设计水平的限制,这些传感器测量的数据都会产生一定的误差,并可能受到环境的干扰,从而影响状态估计的精度。
  
2.组合导航

为了挑高航拍无人机的感知能力和飞行性能,现在主流的无人机产品都加入了先进的视觉传感器、超声波传感器和IMU与指南针冗余导航系统。双目立体视觉系统可根据连续图像计算出物体的三维位置,除了避障功能以外还能提供定位与测速。机身下方的超声波模块起到辅助定高的作用,而冗余的IMU和指南针在一个元件受到干扰时,冗余导航系统会自动切换至另一个传感器,极大提高了组合导航的可靠性。正是因为这些传感器技术的完美融合,无人机有了智能导航系统,拓展了活动环境,并提升了可靠性。
 
3.控制性能

飞控系统先进的控制算法为航拍无人机的飞行和操控带来了很高的控制品质,比如在普通状态下的表现是控制精度高,飞行稳定,速度快。高速飞行不仅对动力系统有较高的要求,更重要的是飞控要达到很高的控制品质和响应速度,除高速飞行以外,飞行器在悬停和慢速控制上也能达到很高的精度。

另外,在设计飞控时,不仅需要考虑到正常飞行状态的控制精度,如悬停位置控制精度,姿态控制精度等,还需要加强了异常飞况的控制品质。如在飞行器断桨、突然受到撞击、突加负重或被其他外力干扰后,控制恢复能力更强,鲁棒性较强,能够应对很多极端状况,这对于飞行安全性来说尤其重要。

4.故障诊断

在起飞前或飞行过程中,任何微小故障都有可能引发飞行事故。如果飞控系统能实时不断地进行故障监控与故障诊断,就能大幅降低事故发生的概率。飞控系统可以监控诸如振动、电压、电流、温度、转速等各项飞行状态参数,并通过这些监控特征信号进行故障诊断。但是这些信号往往是复杂且没有明显规律的,只有通过对大量故障数据进行数据挖掘,用深度学习技术建立了飞控故障诊断系统,采用模式识别判定故障发生的概率,这套系统才能判定从空中射桨到IMU故障诊断等,对故障进行早期预报,或进行应急处理,使飞行变得更加安全。若想学习更多无人机知识和教程,可搜索创客集结号或wwwxk100com。

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