Ο έλεγχος πτήσης μπορεί να γίνει κατανοητός ως το σύστημα CPU του drone, το οποίο είναι το βασικό συστατικό του drone. Η κύρια λειτουργία του είναι να στείλει διάφορες οδηγίες και να επεξεργαστεί τα δεδομένα που αποστέλλονται από κάθε στοιχείο. Παρόμοια με τον ανθρώπινο εγκέφαλο, στέλνει οδηγίες σε διάφορα μέρη του σώματος, λαμβάνει πληροφορίες που αποστέλλονται από κάθε στοιχείο και εκδίδει νέες οδηγίες μετά τον υπολογισμό. Για παράδειγμα, ο εγκέφαλος διατάζει το χέρι για να πάρει ένα ποτήρι νερό. Αφού το χέρι αγγίζει το τοίχωμα του κυπέλλου, αποσύρεται επειδή το νερό είναι πολύ ζεστό και μεταδίδει αυτές τις πληροφορίες πίσω στον εγκέφαλο. Ο εγκέφαλος θα επανεξετάσει νέες οδηγίες σύμφωνα με την πραγματική κατάσταση.
Η αρχή της πτήσης και η μέθοδος ελέγχου του drone (λαμβάνοντας ένα quad-rotor drone ως παράδειγμα), το quad-rotor drone αποτελείται γενικά από μια μονάδα ανίχνευσης, μια μονάδα ελέγχου, μια μονάδα εκτέλεσης και μια μονάδα τροφοδοσίας. Η μονάδα ανίχνευσης μετρά την τρέχουσα στάση. Η μονάδα εκτέλεσης επιλύει την τρέχουσα στάση, βελτιστοποιεί τον έλεγχο και δημιουργεί αντίστοιχες ποσότητες ελέγχου για τη μονάδα εκτέλεσης. Η μονάδα τροφοδοσίας παρέχει ισχύ σε ολόκληρο το σύστημα.
Η άτρακτο του quadcopter drone αποτελείται από μια συμμετρική διασταυρωμένη δομή άκαμπτου σώματος και το υλικό είναι κυρίως κατασκευασμένο από ίνες άνθρακα με ελαφρύ βάρος και υψηλή αντοχή. Ένας ρότορας που αποτελείται από δύο λεπίδες εγκαθίσταται σε κάθε ένα από τα τέσσερα άκρα της δομής σταυρωτά σχήματος για να παρέχει ισχύ πτήσης για το αεροσκάφος. Κάθε ρότορας είναι εγκατεστημένος σε έναν ρότορα κινητήρα και η ταχύτητα περιστροφής κάθε ρότορα ελέγχεται ελέγχοντας την κατάσταση περιστροφής του κινητήρα για να παρέχει διαφορετικό ανελκυστήρα για να επιτευχθεί διάφορες στάσεις. Κάθε κινητήρας συνδέεται με το στοιχείο κίνησης κινητήρα και την κεντρική μονάδα ελέγχου και η ταχύτητα ρυθμίζεται από το σήμα ελέγχου που παρέχεται από την κεντρική μονάδα ελέγχου. Η μονάδα μέτρησης αδρανειακής μέτρησης IMU παρέχει την κεντρική μονάδα ελέγχου με δεδομένα λύσης στάσης και η μονάδα ανίχνευσης στην άτρακτο παρέχει στο drone τα πιο άμεσα δεδομένα για να κατανοήσουν τη δική της στάση, η οποία παρέχει εγγύηση για το quadcopter drone να επιτύχει τελικά αυτόνομη πτήση σε σύνθετο περιβάλλον.
Οι ρότορες στην ίδια διαγώνια γραμμή της ατράκτου Quadcopter ομαδοποιούνται τώρα. Οι μπροστινοί και πίσω ρότορες περιστρέφονται σε κατεύθυνση δεξιόστροφα, δημιουργώντας έτσι μια ροπή δεξιόστροφα. Ενώ οι αριστεροί και οι δεξιοί ρότορες περιστρέφονται σε κατεύθυνση αριστερόστροφα, δημιουργώντας έτσι μια ροπή αριστερόστροφα, έτσι ώστε οι ροπές που παράγονται από την περιστροφή των τεσσάρων ρότορων να μπορούν να αντισταθμίσουν ο ένας τον άλλον. Μπορεί να φανεί ότι όλη η στάση και ο έλεγχος της θέσης του quadcopter επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας την ταχύτητα των τεσσάρων κινητήρων κίνησης. Σε γενικές γραμμές, η κατάσταση κίνησης ενός quadcopter χωρίζεται κυρίως σε πέντε κράτη: αιωρούμενη, κατακόρυφη κίνηση, κίνηση, κίνηση, κίνηση και κίνηση.
Φτερούγισμα
Το αιωρούμενο είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των quadcopters. Στην κατάσταση αιωρούμενης, οι τέσσερις ρότορες έχουν την ίδια ταχύτητα περιστροφής και η προκύπτουσα ανυψωτική δύναμη είναι ακριβώς ίση με τη δική τους βαρύτητα, δηλαδή. Και επειδή οι ταχύτητες του ρότορα είναι ίσες, οι ταχύτητες περιστροφής των εμπρόσθιων και πίσω άκρων είναι αντίθετες με τις ταχύτητες περιστροφής των αριστερών και των δεξιών άκρων, έτσι ώστε η συνολική ροπή του αεροσκάφους να είναι μηδενική, καθιστώντας το αεροσκάφος ακίνητο στον αέρα και επιτυγχάνοντας μια αιωρητική κατάσταση.
Κατακόρυφη κίνηση
Η κατακόρυφη κίνηση είναι η απλούστερη από τις πέντε καταστάσεις κίνησης. Υπό την προϋπόθεση ότι η ταχύτητα περιστροφής κάθε quadcopter είναι ίση, η κατακόρυφη κίνηση του αεροσκάφους μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας ή μειώνοντας την ταχύτητα περιστροφής κάθε ρότορα κατά την ίδια ποσότητα. Όταν η ταχύτητα περιστροφής των τεσσάρων ρότορα αυξάνεται ταυτόχρονα, η συνολική ανύψωση που παράγεται από τους ρότορες υπερβαίνει τη βαρύτητα του quadcopter, δηλαδή το quadcopter θα αυξηθεί κάθετα. Αντίθετα, όταν η ταχύτητα του ρότορα μειώνεται ταυτόχρονα, ο συνολικός ανελκυστήρας που παράγεται από κάθε ρότορα είναι μικρότερη από τη δική του βαρύτητα, δηλαδή το quadcopter θα κατέβει κάθετα, συνειδητοποιώντας έτσι τον κατακόρυφο έλεγχο ανύψωσης του quadcopter.
Κυλινδρική κίνηση
Η στροφή της κίνησης είναι να διατηρηθούν οι ταχύτητες του μπροστινού και του οπίσθιου ρότορα του τετραπλήρα και να αλλάξουν τις ταχύτητες του ρότορα των αριστερών και των δεξιών άκρων για να σχηματίσουν μια ορισμένη διαφορά ανύψωσης μεταξύ των αριστερών και των δεξιών ρότορα, έτσι ώστε να παράγεται μια ορισμένη ροπή κατά μήκος του αριστερού και δεξιού συμμετρικού άξονα του σώματος του αεροσκάφους, με αποτέλεσμα τη γωνιακή επιτάχυνση προς την κατεύθυνση για να επιτευχθεί ο έλεγχος. Όπως φαίνεται στο σχήμα 2.3, η αύξηση της ταχύτητας του ρότορα 1 και η μείωση της ταχύτητας του ρότορα 3 θα προκαλέσει κλίση του αεροσκάφους προς τα δεξιά. Αντίθετα, η μείωση του ρότορα 4 και η αύξηση του ρότορα 2 θα προκαλέσει κλίση του αεροσκάφους προς τα αριστερά.
Προώθηση προβολής
Η κίνηση του pitch ενός quadcopter είναι παρόμοια με την κυλιόμενη κίνηση. Ελέγχεται μεταβάλλοντας τις ταχύτητες του μπροστινού και του οπίσθιου ρότορα για να σχηματιστεί μια διαφορά ανύψωσης μεταξύ των εμπρόσθιων και των πίσω ρότορα διατηρώντας παράλληλα τις ταχύτητες του ρότορα στα αριστερά και τα δεξιά άκρα της ατράκτου αμετάβλητης, σχηματίζοντας έτσι μια ορισμένη ροπή στον μπροστινό και πίσω άξονα συμμετρίας της ατράκτου, προκαλώντας γωνιακή επιτάχυνση στη γωνιακή κατεύθυνση. Όπως φαίνεται στο σχήμα 2.4, εάν η ταχύτητα του ρότορα 3 αυξάνεται και η ταχύτητα του ρότορα 1 μειώνεται, το αεροσκάφος θα κλίνει προς τα εμπρός. Διαφορετικά, το αεροσκάφος θα κλίνει προς τα πίσω.
Κίνηση εκτροπής
Η κίνηση του γρτογαρίσματος του τετραγωνικού ελέγχου ελέγχεται ελέγχοντας την ταχύτητα περιστροφής των τεσσάρων ρότορα σε ζεύγη ταυτόχρονα. Όταν η ταχύτητα περιστροφής των μπροστινών και πίσω άκρων ή τα αριστερά και τα δεξιά άκρα διατηρείται η ίδια, δεν θα υπάρχει κίνηση βήματος ή κυλίνδρου. Και όταν οι δύο ρότορες σε κάθε ομάδα έχουν διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής από την άλλη ομάδα, λόγω των διαφορετικών κατευθύνσεων περιστροφής των δύο ομάδων ρότορα, θα οδηγήσει σε ανισορροπία της δύναμης αντι-ρώτης και αυτή τη στιγμή θα δημιουργηθεί μια δύναμη αντίδρασης γύρω από τον κεντρικό άξονα της ατράκτου, προκαλώντας γωνιακή επιτάχυνση. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.3, όταν η ταχύτητα περιστροφής των ρότονων του εμπρός και του οπίσθιου άκρου είναι ίση και μεγαλύτερη από την ταχύτητα περιστροφής του αριστερού και του δεξιού άκρου, επειδή ο πρώτος περιστρέφεται κατά τη διάρκεια της δεξιόστροφης κατεύθυνσης και η τελευταία περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, το συνολικό αντι-δοκό είναι στην αντίθετη φορά του δείκτη κατεύθυνσης και η δύναμη αντίδρασης δρα στον κεντρικό άξονα του στρώματος της γυρίσματος. Διαφορετικά, θα προκαλέσει κίνηση δεξιόστροφα από το αεροσκάφος.
Συνοπτικά, ο έλεγχος κάθε κατάστασης πτήσης του quadcopter επιτυγχάνεται με τον έλεγχο της ταχύτητας περιστροφής των τεσσάρων συμμετρικών δρομέα για να σχηματίσει αντίστοιχες διαφορετικούς συνδυασμούς κίνησης. Ωστόσο, υπάρχουν έξι βαθμοί παραγωγής ελευθερίας κατά τη διάρκεια της πτήσης, επομένως είναι ένα τυπικό μη-ενεργοποιημένο, έντονα συζευγμένο μη γραμμικό σύστημα. Για παράδειγμα, η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα 1 θα προκαλέσει την κυλινδρική μετατόπιση προς τα αριστερά και η ροπή αριστερόστροφα θα είναι μεγαλύτερη από τη ροπή δεξιόστροφα, η οποία θα προκαλέσει περαιτέρω το drone να στρέφει προς τα αριστερά. Επιπλέον, το Rolling θα προκαλέσει τη μετάφραση του drone στα αριστερά. Μπορεί να φανεί ότι η στάση και η μετάφραση του quadcopter συνδέονται.
