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无人机飞行控制系统的主要部件组成和主要功能

作者:币游 发布时间:2021-02-10 10:57 点击数:

  飞行控制系统通过高效的控制算法内核,能够精准地感应并计算出飞行器的飞行姿态等数据,再通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。

  在没有飞行控制系统的情况下,有很多的专业飞手经过长期艰苦的练习,也能控制飞行器非常平稳地飞行,但是,这个难度和要求特别高,同时需要非常丰富的实战经验。如果没有飞行控制系统,飞手需要时时刻刻关注飞行器的动向,眼睛完全不可能离开飞行器,时时刻刻处于高度紧张的工作状态。而且,人眼的有效视距是非常有限的,即使能稳定地控制飞行,但是控制的精度也很可能满足不了航拍的需求,控制距离越远,控制精度越差。还有,对于不同的拍摄需求,以及面临不同的拍摄环境或条件,人为飞行控制更是难上加上,甚至根本不可能实现。

  飞行控制系统一般主要由主控单元、IMU(惯性测量单元)、GPS指南针模块、LED指示灯模块等部件组成。

  1、主控单元是飞行控制系统的核心,通过它将IMU、GPS指南针、舵机和遥控接收机等设备接入飞行控制系统从而实现飞行器自主飞行功能。除了辅助飞行控制以外,某些主控器还具备记录飞行数据的黑匣子功能,比如:DJI的Ace One。主控单元还能通过USB接口,进行飞行参数的调节和系统的固件升级。

  IMU(惯性测量单元),包含3轴加速度计、3轴角速度计和气压高度计,是高精度感应飞行器姿态、角度、速度和高度的元器件集合体,在飞行辅助功能中充当极其重要的角色。

  GPS指南针模块,包含GPS模块和指南针模块,用于精确确定飞行器的方向及经纬度。对于失控保护自动返航,精准定位悬停等功能的实现至关重要

  LED指示灯模块,用于实时显示飞行状态,是飞行过程中必不可少的,它能帮助飞手实时了解飞行状态。

  飞行控制系统,由于配置有GPS指南针模块,可以实现锁定经纬度和高度的精准定位。即使碰到有风或者其它外力的作用下,飞行控制系统也能通过主控制单元发出的定位指令来自主控制飞行器以实现精准定位悬停。

  飞行控制系统能自动记录返航点,当飞行过程中,出现控制信号丢失,即无线遥控控制链路中断的情况,飞行控制系统能自动计划返航路线,实现自动返航和降落,使飞行或航拍更加安全可靠。

  由于多旋翼飞行系统普遍采用电池供电的方式,巡航时间有限。为保证更高效地完成飞行作业任务,飞行控制系统的低电压报警功能会及时通过LED指示灯提醒飞手当前的电压状态,在紧急的情况下,还可以实现自主返航或者降落,以保证整个飞行系统的安全。

  云台系统作为无人机航拍不可缺少的设备,主要用以稳定相机,从而拍摄出稳定流畅的画面。越来越多的人采用无人机航拍,主要是因为其成本较低,性价比相对较高。除了无人机飞行系统以外,还需要挂载摄像设备来实现航拍。如果直接将摄像设备进行硬连接,会导致拍摄画面抖动或果冻,这样的素材即使通过软件后期调试也基本不能使用。

  飞行控制系统还可扩展成更加强大的地面站功能,从而实现超视距全自主飞行。通过地面控制终端,可提前设定飞行航线,高度及速度等参数,一键即可实现从起飞、航线飞行,返航降落等全自主飞行功能。

  地面站系统拥有3D地图,可视化飞行仪表,提供飞机姿态、坐标、速度、角度等实时飞行数据,同时也提供飞机及飞控系统状态信息。

  智能方向控制(IOC, Intelligent Orientation Control),分为航向锁定和返航点锁定,是一种为多旋翼飞行器量身定制的辅助方向控制功能。在无法辨别飞行器方向的时候,可充分利用该功能对飞行器的方向进行控制。

  热点环绕(POI,Point of Interest)功能,在GPS信号良好的情况下,可以通过拨动遥控器上预先设置好的开关,将飞行器当前所在的坐标点记录为热点。

  以热点为中心,在半径5米至500米的范围内,只需要发出横滚的飞行指令,飞行器就会实现360度的热点环绕飞行,机头方向始终指向热点的方向。该功能设置简单,使用方便,可实现对固定的景点进行全方位拍摄的应用。

  断桨保护功能是指在姿态或GPS姿态模式下,飞机意外缺失某一螺旋桨动力输出时,飞机可以采用牺牲航向轴控制的办法,继续保持飞行水平姿态。此时飞机可以继续被操控,并安全返航。这一设计大大降低了炸机的风险。


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