Le contrôle du vol peut être compris comme le système CPU du drone, qui est le composant central du drone. Sa fonction principale est d'envoyer diverses instructions et de traiter les données renvoyées par chaque composant. Semblable au cerveau humain, il envoie des instructions à diverses parties du corps, reçoit des informations renvoyées par chaque composant et émet de nouvelles instructions après le calcul. Par exemple, le cerveau ordonne à la main de prendre un verre d'eau. Après que la main touche la paroi de la tasse, elle se rétracte parce que l'eau est trop chaude et transmet ces informations au cerveau. Le cerveau renverra de nouvelles instructions en fonction de la situation réelle.
Le principe de vol et la méthode de contrôle du drone (en prenant un drone quad-rotor comme exemple), le drone quad-rotor est généralement composé d'un module de détection, d'un module de contrôle, d'un module d'exécution et d'un module d'alimentation. Le module de détection mesure la posture actuelle; Le module d'exécution résout la posture actuelle, optimise le contrôle et génère des quantités de contrôle correspondantes pour le module d'exécution; Le module d'alimentation alimente l'énergie à l'ensemble du système.
Le fuselage du drone quadcopter est composé d'une structure de corps rigide à forme croisée symétrique, et le matériau est principalement en fibre de carbone avec un poids léger et une forte résistance; Un rotor composé de deux lames est installé à chacune des quatre extrémités de la structure en forme de croix pour fournir une puissance de vol à l'avion. Chaque rotor est installé sur un rotor de moteur et la vitesse de rotation de chaque rotor est contrôlée en contrôlant l'état de rotation du moteur pour fournir une ascenseur différent pour obtenir diverses postures; Chaque moteur est connecté au composant d'entraînement du moteur et à l'unité de commande centrale, et la vitesse est ajustée par le signal de commande fourni par l'unité de commande centrale; L'unité de mesure inertielle IMU fournit à l'unité de contrôle centrale des données de solution d'attitude, et le module de détection sur le fuselage fournit au drone les données les plus directes pour comprendre sa propre posture, ce qui offre une garantie pour le drone quadcopter pour finalement obtenir un vol autonome dans des environnements complexes.
Les rotors sur la même ligne diagonale du fuselage quadcoptère sont désormais regroupés. Les rotors avant et arrière tournent dans le sens horaire, générant ainsi un couple dans le sens horaire; tandis que les rotors gauche et droit tournent dans le sens antihoraire, générant ainsi un couple dans le sens antihoraire, de sorte que les couples générés par la rotation des quatre rotors peuvent se compenser. On peut voir que toute l'attitude et le contrôle de position du quadcoptère sont obtenus en ajustant la vitesse des quatre moteurs d'entraînement. D'une manière générale, l'état de mouvement d'un quadcoptère est principalement divisé en cinq états: planant, mouvement vertical, mouvement de roulement, mouvement de hauteur et mouvement de lacet.
Volant
Le plan de planage est une caractéristique importante des quadcoptères. Dans l'état de volants, les quatre rotors ont la même vitesse de rotation, et la force de levage résultante est exactement égale à leur propre gravité, c'est-à-dire. Et parce que les vitesses du rotor sont égales, les vitesses de rotation des extrémités avant et arrière sont opposées aux vitesses de rotation des extrémités gauche et droite, de sorte que le couple total de l'avion est zéro, ce qui rend l'avion stationnaire dans l'air et atteignant un état de plan.
Mouvement vertical
Le mouvement vertical est le plus simple des cinq états de mouvement. Sous la condition que la vitesse de rotation de chaque quadcoptère est égale, le mouvement vertical de l'avion peut être obtenu en augmentant ou en diminuant la vitesse de rotation de chaque rotor de la même quantité. Lorsque la vitesse de rotation des quatre rotors augmente en même temps, l'ascenseur total généré par les rotors dépasse la gravité du quadcoptère, c'est-à-dire que le quadcoptère augmentera verticalement; Inversement, lorsque la vitesse du rotor est réduite en même temps, l'ascenseur total généré par chaque rotor est inférieur à sa propre gravité, c'est-à-dire que le quadcoptère descendra verticalement, réalisant ainsi le contrôle vertical de la portance du quadcopter.
Mouvement de roulement
Le mouvement de culbutage consiste à maintenir les vitesses du rotor avant et arrière du quadcoptère inchangées et à modifier les vitesses du rotor des extrémités gauche et droite pour former une certaine différence de portance entre les rotors gauche et droit, de sorte qu'un certain couple est généré le long de la direction gauche et droite. Comme le montre la figure 2.3, l'augmentation de la vitesse du rotor 1 et la réduction de la vitesse du rotor 3 entraîneront l'inclinaison de l'avion vers la droite; Au contraire, la réduction du rotor 4 et l'augmentation du rotor 2 feront l'inclinaison de l'avion vers la gauche.
Mouvement de pitch
Le mouvement de pas d'un quadcoptère est similaire au mouvement de roulement. Il est contrôlé en modifiant les vitesses du rotor avant et arrière pour former une différence de portance entre les rotors avant et arrière tout en gardant les vitesses du rotor aux extrémités gauche et droite du fuselage inchangé, formant ainsi un certain couple dans les axes de symétrie avant et arrière du fuselage, provoquant une accélération angulaire dans la direction angulaire. Comme le montre la figure 2.4, si la vitesse du rotor 3 est augmentée et que la vitesse du rotor 1 est réduite, l'avion s'inclinera vers l'avant; Sinon, l'avion s'inclinera vers l'arrière.
Mouvement de lacet
Le mouvement de lacet du quadrotor est contrôlé en contrôlant la vitesse de rotation des quatre rotors par paires en même temps. Lorsque la vitesse de rotation des extrémités avant et arrière ou les extrémités gauche et droite est maintenue la même, il n'y aura pas de mouvement de pas ou de rouleau; Et lorsque les deux rotors de chaque groupe ont des vitesses de rotation différentes de l'autre groupe, en raison des différentes directions de rotation des deux groupes de rotors, cela entraînera un déséquilibre de la force anti-torque, et à ce moment, une force de réaction sera générée autour de l'axe central de la fuselage, provoquant une accélération angulaire. Comme le montre la figure 2.3, lorsque la vitesse de rotation des rotors avant et arrière est égale et supérieure à la vitesse de rotation des rotors à l'extrémité gauche et droite, car le premier tourne dans le sens horaire et que le second tourne dans la direction opposée, l'anti-Torque total est dans le sens antihoraire, et la force de réaction agit sur l'axe central du fuselage dans le sens anticiliaire dans le sens anticipé, provoquant la trottoir de la trottoir; Sinon, il provoquera un mouvement de lacet dans le sens des aiguilles d'une montre de l'avion.
En résumé, le contrôle de chaque état de vol du quadcoptère est obtenu en contrôlant la vitesse de rotation des quatre rotors symétriques pour former des combinaisons de mouvement différentes correspondantes. Cependant, il y a six degrés de production de liberté pendant le vol, il s'agit donc d'un système non linéaire typique sous-actualisé et fortement couplé. Par exemple, la vitesse de rotation du rotor 1 fera rouler le drone vers la gauche, et le couple dans le sens antihoraire sera plus grand que le couple dans le sens horaire, ce qui fera en outre lasser le drone vers la gauche. De plus, le roulement entraînera le traduire le drone vers la gauche. On peut voir que l'attitude et la traduction du quadcoptère sont couplées.
