无人机飞控浅谈:一.简要介绍

1.Def.

由于无人机具有可超视距工作;数据采集;自主巡航等功能以及其复杂的动力系统,所以需要一种可部分或代替操作手完成飞行器控制的控制系统,一般定义为飞行控制器 ,简称飞控

所谓无人机的飞控,就是无人机的飞行控制系统,
主要有陀螺仪(飞行姿态感知),加速度计,地磁传感器,气压传感器,超声波传感器,光流传感器,GPS模块,以及控制电路组成。主要的功能就是自动保持飞机的正常飞行姿态。

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2.飞控组成

无人机导航飞控系统常用的传感器包括角速度率传感器、姿态传感器、位置传感器、迎角侧滑传感器、加速度传感器、高度传感器及空速传感器等,这些传感器构成无人机导航飞控系统设计的基础。

1.角速度传感器
角速度传感器是飞行控制系统的基本传感器之一,用于感受无人机绕机体轴的转动角速率,以构成角速度反馈,改善系统的阻尼特性、提高稳定性。
角速度传感器的选择要考虑其测量范围、精度、输出特性、带宽等。
角速度传感器应安装在无人机重心附件,安装轴线与要感受的机体轴向平行,并特别注意极性的正确性。

2.姿态传感器
姿态传感器用于感受无人机的俯仰、转动和航向角度,用于实现姿态稳定与航向控制功能。
姿态传感器的选择要考虑其测量范围、精度、输出特性、动态特性等。
姿态传感器应安装在无人机重心附近,振动要尽可能小,有较高的安装精度要求。
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3.高度、空速传感器
高度、空速传感器用于感受无人机的飞行高度和空速,是高度保持和空速保持的必备传感器。一般和空速管、同期管路构成大气数据系统。
高度、空速传感器的选择主要考虑测量范围和测量精度。一般要求其安装在空速管附近,尽量缩短管路。
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空速传感器

4.位置传感器
位置传感器用于感受无人机的位置,是飞行轨迹控制的必要前提。惯性导航设备、GPS卫星导航接收机、磁航向传感器是典型的位置传感器。
位置传感器的选择一般要考虑与飞行时间相关的导航精度、成本和可用性等问题。
惯性导航设备有安装位置和较高的安装精度要求,GPS的安装主要应避免天线的遮挡问题。
磁航向传感器要安装在受铁磁性物质影响最小且相对固定的地方,安装件应采用非磁性材料制造。

5.飞控计算机
飞控计算机是飞控进行任务规划、姿态解算等任务的核心部件,一般有MCU和SOC两种解决方案:
DJI NAZA LITE 飞控
如上图的DJI NAZA_LITE飞控就采取的是MCU方案,据说 该飞控搭载了一块Cotex-M4™内核的32位单片机,该方案一般配合嵌入式操作系统开发,如Free-RTOS
该方案的主要优势是开发较为简单,硬件成本极低,功耗也远低于SOC方案
高通 无人机芯片
上图为高通开发的无人机飞控,为SOC方案,该方案的主要特征是:飞行器所采集到的图像、温度等外挂的任务载荷中的传感数据一并由芯片处理。在笔者看来,该方案的优势主要在于减少了无人机和地面站的数据交换量。这样的设计要求其运算能力较高,因此其能耗也是相当大,类似于带了台小型计算机在天上运行。但话说回来,在无人机距离信号中继或接收端较远时,通过SOC方案产生的较小的数据交换量将有助与提高信号连接的稳定性和抗干扰能力。


第一篇 END

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Last modification:July 16th, 2020 at 11:08 am
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