跨界 · 融合 · 服務(wù) · 創(chuàng)新
但是在飛行過程中卻有六個自由度輸出，因此它是一種典型的欠驅(qū)動、強耦合的非線性系統(tǒng)。
例如，旋翼1的轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致無人機向左翻滾，同時逆時針轉(zhuǎn)動的力矩會大于順時針的力矩，從而進一步使得無人機向左偏航，此外翻滾又會導(dǎo)致無人機的向左平移，可以看出，四旋翼無人機的姿態(tài)和平動是耦合的。
6.四旋翼無人機自主飛行的控制
四旋翼無人機的精確航跡跟蹤是實現(xiàn)無人機自主飛行的基本要求。由于四旋翼無人機自身存在姿態(tài)與平動的耦合關(guān)系以及模型參數(shù)不確定性與外界擾動，因此只有實現(xiàn)姿態(tài)的穩(wěn)定控制才能完成航跡的有效跟蹤。
在四旋翼無人機的自主控制系統(tǒng)中，姿態(tài)穩(wěn)定控制是實現(xiàn)飛行器自主飛行的基礎(chǔ)。其任務(wù)是控制四旋翼無人機的三個姿態(tài)角（俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角）穩(wěn)定地跟蹤期望姿態(tài)信號，并保證閉環(huán)姿態(tài)系統(tǒng)具有期望的動態(tài)特性。
由于四旋翼無人機姿態(tài)與平動的耦合特點，分析可以得知，只有保證姿態(tài)達到穩(wěn)定控制，才使得旋翼總升力在期望的方向上產(chǎn)生分量，進而控制飛行器沿期望的航跡方向飛行。
而四旋翼無人機的姿態(tài)在實際飛行環(huán)境中回受到外界干擾和不精確模型的參數(shù)誤差、測量噪聲等未建模動態(tài)對控制效果的影響。所以，需要引入適當?shù)挠^測器和控制器對總的不確定性進行估計和補償，并對其估計的誤差進行補償，來保證四旋翼無人機在外界存在干擾下對姿態(tài)的有效跟蹤。
四旋翼無人機的姿態(tài)控制應(yīng)根據(jù)其實際的工作特性以及動力學(xué)模型，進而針對姿態(tài)的三個通道（俯仰，翻滾和偏航）分別設(shè)計姿態(tài)控制器，每個通道中都對應(yīng)引入相應(yīng)的控制器，其流程如下所示。
此方法可以基本保證每個通道的實際姿態(tài)值跟蹤上期望值。
但是，在只考慮對模型本身進行控制時，沒有考慮到外部不確定性對閉環(huán)系統(tǒng)的影響。微小型無人機在飛行時，由于機體較小，電機的振動較強，很容易受到外界環(huán)境的干擾。因此，整個通道中必然存在不確定因素，比如模型誤差、環(huán)境干擾、觀測誤差等，這些不確定性將降低系統(tǒng)的閉環(huán)性能。
所以在設(shè)計無人機控制系統(tǒng)時，必須要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，即閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性。因此需要設(shè)計一定的干擾補償器對干擾進行逼近和補償，以實現(xiàn)姿態(tài)角的穩(wěn)定跟蹤。
只有在保證飛機姿態(tài)可以保持穩(wěn)定才能進一步討論如何控制路徑保持穩(wěn)定，在時間尺度上進行分析，飛機的姿態(tài)角變化的頻率要大于飛機位置的頻率。所以，針對軌跡跟蹤應(yīng)當使用內(nèi)外雙環(huán)控制，內(nèi)環(huán)控制姿態(tài)角，外環(huán)控制位置。
03 無人機飛控系統(tǒng)組成及作用
1.IMU慣性測量單元
現(xiàn)在的飛控內(nèi)部使用的都是由三軸陀螺儀，三軸加速度計，三軸地磁傳感器和氣壓計組成的一個IMU，也稱慣性測量單元。
那么什么是三軸陀螺儀，什么是三軸加速度計，什么是三軸地磁傳感器呢，什么是氣壓計呢？它們在飛機上起到的是什么作用呢，這三軸又是哪三個軸呢？
三軸陀螺儀，三軸加速度計，三軸地磁傳感器中的三軸指的就是飛機左右，前后垂直方向上下這三個軸，一般都用XYZ來代表。
左右方向在飛機中叫做橫滾，前后方向在飛機中叫做俯仰，垂直方向就是Z軸。
陀螺都知道，小時候基本上都玩過，在不轉(zhuǎn)動的情況下它很難站在地上，只有轉(zhuǎn)動起來了，它才會站立在地上，或者說自行車，輪子越大越重的車子就越穩(wěn)定，轉(zhuǎn)彎的時候明顯能夠感覺到一股阻力，這就是陀螺效應(yīng)，根據(jù)陀螺效應(yīng)，聰明的人們發(fā)明出的陀螺儀。
最早的陀螺儀是一個高速旋轉(zhuǎn)的陀螺，通過三個靈活的軸將這個陀螺固定在一個框架中，無論外部框架怎么轉(zhuǎn)動，中間高速旋轉(zhuǎn)的陀螺始終保持一個姿態(tài)。通過三個軸上的傳感器就能夠計算出外部框架旋轉(zhuǎn)的度數(shù)等數(shù)據(jù)。
由于成本高，機械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，現(xiàn)在都被電子陀螺儀代替，電子陀螺儀的優(yōu)勢就是成本低，體積小重量輕，只有幾克重，穩(wěn)定性還有精度都比機械陀螺高。
說道這，大家也就明白陀螺儀在飛控中起到的作用了吧，它就是測量XYZ三個軸的傾角的。
那么三軸加速度計是干什么的呢？剛剛說道三軸陀螺儀就是XYZ三個軸，現(xiàn)在不用說也就明白三軸加速度計也是XYZ三個軸。
當我們開車起步的一瞬間就會感到背后有一股推力，這股推力呢就是加速度，加速度是速度變化量與發(fā)生這一變化時間的比值，是描述物體變化快慢的物理量，米每二次方秒，例如一輛車在停止狀態(tài)下，它的加速度是0，起步后，從每秒0米到每秒10米，用時10秒，這就是這輛車的加速度，如果車速每秒10米的速度行駛，它的加速度就是0，同樣，用10秒的時間減速，從每秒10米減速到每秒5米，那么它的加速就是負數(shù)。三軸加速度計就是測量飛機XYZ三個軸的加速度。
我們?nèi)粘３鲂卸际歉鶕?jù)路標或記憶來尋找自己的面向的，地磁傳感器就是感知地磁的，就是一個電子指南針，它可以讓飛機知道自己的飛行朝向，機頭朝向，找到任務(wù)位置和家的位置。
氣壓計呢就是測量當前位置的大氣壓，都知道高度越高，氣壓越低，這就是人到高原之后為什么會有高原反應(yīng)了，氣壓計是通過測量不同位置的氣壓，計算壓差獲得到當前的高度，這就是整個IMU慣性測量單元，它在飛機中起到的作用就是感知飛機姿態(tài)的變化，例如飛機當前是前傾還是左右傾斜，機頭朝向、高度等最基本的姿態(tài)數(shù)據(jù)，那么這些數(shù)據(jù)在飛控中起到的作用是什么呢？
北京高博特廣告有限公司 版權(quán)所有，并保留所有權(quán)利 ? 2018 -2021
