El control de vuelo puede entenderse como el sistema CPU del dron, que es el componente central del dron. Su función principal es enviar varias instrucciones y procesar los datos enviados por cada componente. Similar al cerebro humano, envía instrucciones a varias partes del cuerpo, recibe información enviada por cada componente y emite nuevas instrucciones después del cálculo. Por ejemplo, el cerebro ordena a la mano que tome un vaso de agua. Después de que la mano toca la pared de la taza, se retrae porque el agua está demasiado caliente y transmite esta información al cerebro. El cerebro reenviará nuevas instrucciones de acuerdo con la situación real.
El principio de vuelo y el método de control del dron (tomando un dron quadrotor como ejemplo), el dron de quad-rotor generalmente está compuesto por un módulo de detección, un módulo de control, un módulo de ejecución y un módulo de fuente de alimentación. El módulo de detección mide la postura actual; El módulo de ejecución resuelve la postura actual, optimiza el control y genera cantidades de control correspondientes para el módulo de ejecución; El módulo de fuente de alimentación suministra energía a todo el sistema.
El fuselaje del dron Quadcopter está compuesto por una estructura de cuerpo rígido en forma de cruz simétrico, y el material está hecho principalmente de fibra de carbono con peso ligero y alta resistencia; Se instala un rotor que consta de dos cuchillas en cada uno de los cuatro extremos de la estructura en forma de cruz para proporcionar potencia de vuelo para la aeronave. Cada rotor se instala en un rotor del motor, y la velocidad de rotación de cada rotor se controla controlando el estado de rotación del motor para proporcionar diferentes elevaciones para lograr varias posturas; Cada motor está conectado al componente de accionamiento del motor y a la unidad de control central, y la velocidad se ajusta por la señal de control proporcionada por la unidad de control central; La unidad de medición de inercia de IMU proporciona a la unidad de control central con datos de solución de actitud, y el módulo de detección en el fuselaje proporciona al dron los datos más directos para comprender su propia postura, lo que proporciona una garantía para el dron Quadcopter para finalmente lograr un vuelo autónomo en entornos complejos.
Los rotores en la misma línea diagonal del fuselaje Quadcopter ahora se agrupan. Los rotores delanteros y traseros giran en sentido horario, generando así un torque en el sentido de las agujas del reloj; Mientras que los rotores izquierdo y derecho giran en una dirección en sentido antihorario, generando así un torque en sentido antihorario, de modo que los pares generados por la rotación de los cuatro rotores pueden compensarse entre sí. Se puede ver que se logra toda la actitud y el control de posición del quadcopter ajustando la velocidad de los cuatro motores de accionamiento. En términos generales, el estado de movimiento de un quadcopter se divide principalmente en cinco estados: flotar, movimiento vertical, movimiento de rodadura, movimiento de tono y movimiento de guiñada.
Flotador
Hovering es una característica significativa de los quadcopters. En el estado flotante, los cuatro rotores tienen la misma velocidad de rotación, y la fuerza de elevación resultante es exactamente igual a su propia gravedad, es decir. Y debido a que las velocidades del rotor son iguales, las velocidades de rotación de los extremos delanteros y traseros son opuestas a las velocidades de rotación de los extremos izquierdo y derecho, de modo que el par total de la aeronave es cero, lo que hace que la aeronave estacionara en el aire y logre un estado flotante.
Movimiento vertical
El movimiento vertical es el más simple de los cinco estados de movimiento. Bajo la condición de que la velocidad de rotación de cada quadcopter sea igual, el movimiento vertical de la aeronave se puede lograr aumentando o disminuyendo la velocidad de rotación de cada rotor en la misma cantidad. Cuando la velocidad de rotación de los cuatro rotores aumenta al mismo tiempo, el elevador total generado por los rotores excede la gravedad del quadcopter, es decir, el quadcopter se elevará verticalmente; Por el contrario, cuando la velocidad del rotor se reduce al mismo tiempo, el elevador total generado por cada rotor es menor que su propia gravedad, es decir, el quadcopter descenderá verticalmente, dando así el control de elevación vertical del quadcopter.
Movimiento de movimiento
El movimiento de volteo es mantener las velocidades del rotor delantera y trasera del quadcopter sin cambios, y cambiar las velocidades del rotor de los extremos izquierdo y derecho para formar una cierta diferencia de elevación entre los rotores izquierdo y derecho, de modo que se genera un cierto par a lo largo de los ejes simétricos izquierdo y derecho del cuerpo de la aeronave, lo que resulta en la aceleración angular en la dirección para lograr el control. Como se muestra en la Figura 2.3, aumentar la velocidad del rotor 1 y reducir la velocidad del rotor 3 hará que la aeronave se incline hacia la derecha; Por el contrario, la reducción del rotor 4 y el aumento del rotor 2 hará que la aeronave se incline hacia la izquierda.
Moción
El movimiento de tono de un quadcopter es similar al movimiento de rodadura. Se controla cambiando las velocidades del rotor delantera y trasera para formar una diferencia de elevación entre los rotores delanteros y traseros mientras mantiene las velocidades del rotor en los extremos izquierdo y derecho del fuselaje sin cambios, formando así un cierto par en los ejes de simetría delantera y trasera del fuselaje, causando aceleración angular en la dirección angular. Como se muestra en la Figura 2.4, si la velocidad del rotor 3 aumenta y la velocidad del rotor 1 se reduce, la aeronave se inclinará hacia adelante; De lo contrario, el avión se inclinará hacia atrás.
Moción de guiñada
El movimiento de guiñada del cuadrotor se controla controlando la velocidad de rotación de los cuatro rotores en pares al mismo tiempo. Cuando la velocidad de rotación de los extremos delanteros y traseros o los extremos izquierdo y derecho se mantiene igual, no habrá movimiento de tono o rollo; y cuando los dos rotores en cada grupo tienen diferentes velocidades de rotación del otro grupo, debido a las diferentes direcciones de rotación de los dos grupos de rotores, conducirá a un desequilibrio de la fuerza anti-torque, y en este momento, se generará una fuerza de reacción alrededor del eje central de la fuselaje, causando aceleración angular. Como se muestra en la Figura 2.3, cuando la velocidad de rotación de los rotores del extremo delantero y trasero es igual y mayor que la velocidad de rotación de los rotores del extremo izquierdo y derecho, porque la primera gira en sentido horario en el sentido de las agujas del reloj y el último gira en la dirección opuesta, el anti-Torque total está en la dirección en sentido antihorario y la fuerza de la fuerza de contrarrestar en el fondo de vía contraria; De lo contrario, causará el movimiento de guiñada en sentido horario de la aeronave.
En resumen, el control de cada estado de vuelo del quadcopter se logra controlando la velocidad de rotación de los cuatro rotores simétricos para formar combinaciones de movimiento diferentes correspondientes. Sin embargo, hay seis grados de producción de libertad durante el vuelo, por lo que es un sistema no lineal típico subactuado y fuertemente acoplado. Por ejemplo, la velocidad de rotación del Rotor 1 hará que el dron ruede hacia la izquierda, y el torque en sentido antihorario será mayor que el torque en sentido horario, lo que hará que el dron bostee hacia la izquierda. Además, el rodamiento hará que el dron se traduzca a la izquierda. Se puede ver que la actitud y la traducción del quadcopter están acoplados.
