無人機系統的基本結構介紹

無(wu)人機(ji)系(xi)(xi)統主要(yao)包括(kuo)飛機(ji)機(ji)體、飛控(kong)系(xi)(xi)統、數據鏈系(xi)(xi)統、發(fa)射回(hui)收(shou)系(xi)(xi)統、電(dian)源系(xi)(xi)統等(deng)(deng)。飛控(kong)系(xi)(xi)統又稱為飛行管理與控(kong)制系(xi)(xi)統，相當于無(wu)人機(ji)系(xi)(xi)統的(de)(de)“心臟”部(bu)分，對無(wu)人機(ji)的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)、數據傳(chuan)輸的(de)(de)可(ke)靠性(xing)(xing)、精確度(du)、實時(shi)(shi)性(xing)(xing)等(deng)(deng)都有重要(yao)影響，對其飛行性(xing)(xing)能起決定(ding)性(xing)(xing)的(de)(de)作用；數據鏈系(xi)(xi)統可(ke)以保證對遙控(kong)指(zhi)令的(de)(de)準確傳(chuan)輸，以及無(wu)人機(ji)接收(shou)、發(fa)送信息的(de)(de)實時(shi)(shi)性(xing)(xing)和(he)可(ke)靠性(xing)(xing)，以保證信息反饋(kui)的(de)(de)及時(shi)(shi)有效性(xing)(xing)和(he)順利、準確的(de)(de)完成(cheng)任(ren)務(wu)。發(fa)射回(hui)收(shou)系(xi)(xi)統保證無(wu)人機(ji)順利升空(kong)以達到安全(quan)的(de)(de)高度(du)和(he)速度(du)飛行，并在執(zhi)行完任(ren)務(wu)后從(cong)天空(kong)安全(quan)回(hui)落到地面(mian)。

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無(wu)人(ren)機(ji)是(shi)一種(zhong)自帶動力的(de)、無(wu)線電遙控或自主飛(fei)行的(de)、能執行多(duo)種(zhong)任(ren)務并能多(duo)次使用的(de)無(wu)人(ren)駕駛(shi)飛(fei)行器。要實現無(wu)人(ren)機(ji)的(de)自主飛(fei)行、順利完(wan)成指(zhi)定任(ren)務，其(qi)飛(fei)行控制、導航與制導是(shi)最關鍵的(de)技術。

無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)自動飛行控制系統(tong)的(de)基(ji)(ji)本任務(wu)是當無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)空中受到干擾時(shi)(shi)保(bao)持飛機(ji)(ji)(ji)(ji)姿(zi)(zi)態(tai)(tai)與(yu)航(hang)(hang)跡(ji)的(de)穩定(ding)，以(yi)及按地面無(wu)(wu)(wu)(wu)線傳輸(shu)指(zhi)令的(de)要求(qiu)，改變飛機(ji)(ji)(ji)(ji)姿(zi)(zi)態(tai)(tai)與(yu)航(hang)(hang)跡(ji)，并完(wan)成(cheng)導(dao)(dao)航(hang)(hang)計算、遙測數據傳送、任務(wu)控制與(yu)管理等(deng)(deng)。無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)導(dao)(dao)航(hang)(hang)系統(tong)的(de)基(ji)(ji)本任務(wu)是控制無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)按照預(yu)定(ding)的(de)任務(wu)航(hang)(hang)路飛行。實(shi)現(xian)導(dao)(dao)航(hang)(hang)的(de)基(ji)(ji)本條(tiao)件(jian)是必須能夠確(que)定(ding)無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)飛行的(de)實(shi)時(shi)(shi)位置(zhi)和(he)速度(du)等(deng)(deng)相關參數信息。制導(dao)(dao)系統(tong)的(de)基(ji)(ji)本任務(wu)是確(que)定(ding)無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)與(yu)目標的(de)相對位置(zhi)，操縱(zong)無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)飛行，在(zai)(zai)一定(ding)的(de)準(zhun)確(que)度(du)下，引導(dao)(dao)無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)沿預(yu)定(ding)的(de)軌(gui)跡(ji)飛向(xiang)目標。對于無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)(ren)機(ji)(ji)(ji)(ji)來說，在(zai)(zai)自動飛行控制系統(tong)的(de)基(ji)(ji)礎上，導(dao)(dao)航(hang)(hang)、制導(dao)(dao)和(he)飛控系統(tong)之間是相互聯系的(de)。

無人機飛控系統的工作原理

無人機飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)控制系統（Flight control system）簡稱飛(fei)(fei)(fei)控，可以看作(zuo)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)器的(de)大腦(nao)。多軸飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)器的(de)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)、懸停，姿態(tai)變化(hua)等等都是由(you)(you)(you)多種傳感器將(jiang)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)器本身的(de)姿態(tai)數(shu)據傳回(hui)飛(fei)(fei)(fei)控，再由(you)(you)(you)飛(fei)(fei)(fei)控通過(guo)運(yun)算和判斷下達指令，由(you)(you)(you)執行(xing)(xing)機構(gou)完成動作(zuo)和飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)姿態(tai)調整(zheng)。

懸停(ting)(ting)是飛(fei)行控制系(xi)統的重(zhong)要動(dong)作(zuo)，在懸停(ting)(ting)狀態(tai)(tai)下，無(wu)人(ren)機(ji)四個旋(xuan)翼具有(you)相(xiang)等的轉(zhuan)速，產生的上升合力正好與(yu)自身重(zhong)力相(xiang)等，并(bing)且因為(wei)旋(xuan)翼轉(zhuan)速大小(xiao)相(xiang)等，前后端轉(zhuan)速和左右端轉(zhuan)速方向相(xiang)反，從而使得(de)飛(fei)行器總扭矩為(wei)零，使得(de)飛(fei)行器靜(jing)止(zhi)在空中，實(shi)現懸停(ting)(ting)狀態(tai)(tai)。

垂直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)運動(dong)是飛(fei)行(xing)控制系(xi)統的(de)普通(tong)動(dong)作，在保(bao)證四(si)旋(xuan)翼(yi)無(wu)人機每個(ge)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)速(su)度(du)大小相等的(de)倩(qian)況下(xia)，同時(shi)對每個(ge)旋(xuan)翼(yi)增加或減小大小相等的(de)轉(zhuan)(zhuan)速(su)，便可實現飛(fei)行(xing)器的(de)垂直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)運動(dong)。當同時(shi)増(zeng)加四(si)個(ge)旋(xuan)翼(yi)轉(zhuan)(zhuan)速(su)時(shi)，使得旋(xuan)翼(yi)產(chan)生的(de)總(zong)升力(li)大小超過四(si)旋(xuan)翼(yi)無(wu)人機的(de)重力(li)時(shi)，即，四(si)旋(xuan)翼(yi)無(wu)人機便會垂直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)上升。反之(zhi)，則(ze)垂直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)下(xia)降。

翻(fan)滾運動是在(zai)保持(chi)四旋翼無人機前后端旋翼轉速(su)不變的情況下，通過改變左(zuo)右(you)端的旋翼轉速(su)，使得(de)左(zuo)右(you)旋翼之間(jian)形成一定的升力差(cha)，從(cong)而使得(de)沿飛行器機體左(zuo)右(you)對稱軸上產(chan)生(sheng)(sheng)一定力矩，導致在(zai)方(fang)向上產(chan)生(sheng)(sheng)角加速(su)度實現(xian)控制(zhi)的。

俯仰(yang)運(yun)動是(shi)在(zai)保持機(ji)身左右端(duan)旋翼轉速(su)(su)不變(bian)的前(qian)提(ti)下，通(tong)過(guo)改變(bian)前(qian)后端(duan)旋翼轉速(su)(su)形成前(qian)后旋翼升力(li)差，從而在(zai)機(ji)身前(qian)后端(duan)對稱軸(zhou)上形成一定力(li)矩，引起角(jiao)方(fang)向(xiang)上的角(jiao)加(jia)速(su)(su)度實現(xian)控制的，而偏航運(yun)動是(shi)通(tong)過(guo)同(tong)時兩(liang)兩(liang)控制四個旋翼轉速(su)(su)實現(xian)控制的。