飛行制御は、ドローンのコアコンポーネントであるドローンのCPUシステムとして理解できます。その主な機能は、さまざまな指示を送信し、各コンポーネントから送信されたデータを処理することです。人間の脳と同様に、それは身体のさまざまな部分に指示を送り、各コンポーネントから送られた情報を受け取り、計算後に新しい指示を発行します。たとえば、脳は手を命じて、一杯の水を取ります。手がカップの壁に触れた後、水が熱すぎるために格納され、この情報を脳に送り返します。脳は、実際の状況に応じて新しい指示を再生します。
ドローンの飛行原理と制御方法（例としてクアッドロータードローンを採取）では、クアッドロータードローンは通常、検出モジュール、制御モジュール、実行モジュール、電源モジュールで構成されています。検出モジュールは、現在の姿勢を測定します。実行モジュールは、現在の姿勢を解決し、制御を最適化し、実行モジュールに対応するコントロール量を生成します。電源モジュールは、システム全体に電力を供給します。
クアッドコプタードローンの胴体は、対称的な交差型の剛体構造で構成されており、材料は主に軽量と高強度の炭素繊維でできています。 2つのブレードで構成されるローターが、航空機に飛行力を提供するために、交差型構造の4つの端のそれぞれに設置されています。各ローターはモーターローターに設置され、各ローターの回転速度は、モーターの回転状態を制御してさまざまなリフトを提供してさまざまな姿勢を実現することにより制御されます。各モーターはモーター駆動コンポーネントと中央制御ユニットに接続され、速度は中央制御ユニットが提供する制御信号によって調整されます。 IMU慣性測定ユニットは、中央のコントロールユニットに姿勢ソリューションデータを提供し、胴体上の検出モジュールはドローンに独自の姿勢を理解するための最も直接的なデータを提供します。
クアッドコプターの胴体の同じ対角線のローターがグループ化されました。フロントとリアのローターは時計回りの方向に回転し、それによって時計回りのトルクを生成します。左右のローターは反時計回り方向に回転し、それにより反時計回りのトルクを生成して、4つのローターの回転によって生成されるトルクが互いにオフセットできるようにします。 4つのドライブモーターの速度を調整することにより、クアッドコプターのすべての態度と位置制御が達成されることがわかります。一般的に、クワッドコプターの動きの状態は、主にホバリング、垂直運動、ローリングモーション、ピッチモーション、ヨーの動きの5つの状態に分かれています。
ホバリング
ホバリングは、クアッドコプターの重要な機能です。ホバリング状態では、4つのローターの回転速度が同じであり、結果として生じるリフティング力は自分の重力と正確に等しくなります。また、ローター速度が等しいため、前端と後端の回転速度は左端と右端の回転速度とは反対であるため、航空機の総トルクがゼロになり、航空機が空気中に固定され、ホバリング状態を達成します。
垂直運動
垂直運動は、5つの動き状態の中で最も単純です。各クアッドコプターの回転速度が等しいという条件では、各ローターの回転速度を同じ量だけ増加または減少させることにより、航空機の垂直方向の動きを達成できます。 4つのローターの回転速度が同時に増加すると、ローターによって生成される総揚力がクアッドコプターの重力を超えます。つまり、クアッドコプターは垂直に上昇します。逆に、ローターの速度が同時に低下すると、各ローターによって生成される総揚力はそれ自体の重力よりも少なくなります。つまり、クアッドコプターは垂直に降下し、それによりクアッドコプターの垂直リフト制御を実現します。
ローリングモーション
タンブリングの動きは、クワッドコプターのフロントローター速度を変更せずに保持し、左端と右端のローター速度を変更して、左右のローターの間に特定のリフトの違いを形成し、航空機体の左右の対称軸に沿って生成され、方向で角度のアクセル化を実現するために、特定のトルクが生成されます。図2.3に示すように、ローター1の速度を上げ、ローター3の速度を下げると、航空機が右に傾くようになります。それどころか、ローター4を減らしてローター2を増加させると、航空機が左に傾きます。
ピッチモーション
Quadcopterのピッチモーションは、ローリングモーションに似ています。フロントローターとリアローターの速度を変更してフロントローターとリアローターの揚力の差を形成することで制御され、胴体の左端と右端にローター速度を変化させ、胴体の前後の対称軸に特定のトルクを形成し、角度の角度加速度を引き起こします。図2.4に示すように、ローター3の速度が増加し、ローター1の速度が低下すると、航空機は前方に傾きます。それ以外の場合、航空機は後方に傾きます。
ヨーの動き
4つのローターの回転速度をペアで同時に制御することにより、象限のヨーの動きは制御されます。前後の回転速度または左端と右端が同じに保たれると、ピッチまたはロールの動きはありません。また、各グループの2つのローターが、ローターの2つのグループの回転方向が異なるため、他のグループとは異なる回転速度を持つ場合、抗トルク力の不均衡につながり、この時点では、双子の中心軸の周りに反動力が生成され、角度の格付けが生成されます。図2.3に示すように、前端ローターの回転速度が左端と右端のローターの回転速度よりも等しく、大きい場合、前者は時計回りの方向に回転し、後者が反対方向に回転するため、総抗トルクは反時計回り方向にあり、反動力は逆方向の中央軸の中心軸に作動します。それ以外の場合は、航空機の時計回りのヨーの動きを引き起こします。
要約すると、4つの対称ローターの回転速度を制御して対応する異なる動きの組み合わせを形成することにより、クアッドコプターの各飛行状態の制御が達成されます。ただし、フライト中に6度の自由生産量があるため、典型的な過小作用、強く結合された非線形システムです。たとえば、ローター1の回転速度により、ドローンが左に転がり、反時計回りのトルクは時計回りのトルクよりも大きくなり、ドローンがさらに左にヨーになります。さらに、ローリングによりドローンが左に翻訳されます。クアッドコプターの態度と翻訳が結合されていることがわかります。
