De vluchtbesturing kan worden opgevat als het CPU -systeem van de drone, de kerncomponent van de drone. De hoofdfunctie is het verzenden van verschillende instructies en het verwerken van de gegevens die door elke component worden teruggestuurd. Net als het menselijk brein, stuurt het instructies naar verschillende delen van het lichaam, ontvangt informatie die door elke component wordt teruggestuurd en geeft nieuwe instructies na berekening. De hersenen bevelen bijvoorbeeld de hand om een glas water te nemen. Nadat de hand de wand van de beker raakt, trekt deze zich terug omdat het water te heet is en deze informatie terugbrengt naar de hersenen. De hersenen zullen nieuwe instructies verzenden volgens de feitelijke situatie.
Het vluchtprincipe en de besturingsmethode van de drone (als voorbeeld een quad-rotor-drone nemen), is de quad-rotor-drone over het algemeen samengesteld uit een detectiemodule, een besturingsmodule, een uitvoeringsmodule en een voedingsmodule. De detectiemodule meet de huidige houding; De uitvoeringsmodule lost de huidige houding op, optimaliseert de besturing en genereert overeenkomstige besturingshoeveelheden voor de uitvoeringsmodule; De voedingsmodule levert stroom aan het hele systeem.
De romp van de Quadcopter-drone is samengesteld uit een symmetrische kruisvormige stijf lichaamsstructuur en het materiaal is meestal gemaakt van koolstofvezel met lichtgewicht en hoge sterkte; Een rotor bestaande uit twee messen wordt geïnstalleerd aan elk van de vier uiteinden van de kruisvormige structuur om vluchtvermogen voor het vliegtuig te bieden. Elke rotor wordt geïnstalleerd op een motorrotor en de rotatiesnelheid van elke rotor wordt geregeld door de rotatietoestand van de motor te regelen om verschillende lift te bieden om verschillende houdingen te bereiken; Elke motor is verbonden met de motoraandrijfcomponent en de centrale besturingseenheid en de snelheid wordt aangepast door het besturingssignaal dat wordt geleverd door de centrale besturingseenheid; De IMU -traagheidsmeeteenheid biedt de centrale besturingseenheid van attitude -oplossingsgegevens, en de detectiemodule op de romp biedt de drone de meest directe gegevens om zijn eigen houding te begrijpen, wat een garantie biedt voor de quadcopter -drone om eindelijk een autonome vlucht in complexe omgevingen te bereiken.
De rotoren op dezelfde diagonale lijn van de romp van de quadcopter zijn nu gegroepeerd. De voor- en achterrotoren roteren met de klok mee, waardoor een koppel met de klok mee wordt gegenereerd; Terwijl de linker- en rechterrotoren tegen de klok in roteren, waardoor een koppel tegen de klok in genereert, zodat de knooppunten die worden gegenereerd door de rotatie van de vier rotoren elkaar kunnen compenseren. Het is te zien dat alle houding en positiecontrole van de quadcopter wordt bereikt door de snelheid van de vier aandrijfmotoren aan te passen. Over het algemeen is de bewegingstoestand van een quadcopter voornamelijk verdeeld in vijf staten: zwevende, verticale beweging, rollende beweging, toonhoogteminie en gierbeweging.
Zwevend
Hovering is een belangrijk kenmerk van quadcopters. In de zwevende toestand hebben de vier rotoren dezelfde rotatiesnelheid en de resulterende hefkracht is precies gelijk aan hun eigen zwaartekracht, dat wil zeggen. En omdat de rotorsnelheden gelijk zijn, zijn de rotatiesnelheden van de voor- en achterste uiteinden tegenover de rotatiesnelheden van de linker- en rechteruiteinden, zodat het totale koppel van het vliegtuig nul is, waardoor het vliegtuig stationair in de lucht is en een zwevende toestand bereikt.
Verticale beweging
Verticale beweging is de eenvoudigste van de vijf bewegingsstaten. Onder de voorwaarde dat de rotatiesnelheid van elke quadcopter gelijk is, kan de verticale beweging van het vliegtuig worden bereikt door de rotatiesnelheid van elke rotor met dezelfde hoeveelheid te verhogen of te verminderen. Wanneer de rotatiesnelheid van de vier rotoren tegelijkertijd wordt verhoogd, overschrijdt de totale lift die door de rotoren wordt gegenereerd de zwaartekracht van de quadcopter, dat wil zeggen dat de quadcopter verticaal zal stijgen; Omgekeerd, wanneer de rotorsnelheid tegelijkertijd wordt verminderd, is de totale lift die wordt gegenereerd door elke rotor minder dan zijn eigen zwaartekracht, dat wil zeggen dat de quadcopter verticaal zal afdalen, waardoor de verticale liftregeling van de quadcopter wordt gerealiseerd.
Rollende beweging
Het tuimelen van beweging is om de voor- en achterrotorsnelheden van de quadcopter ongewijzigd te houden en de rotorsnelheden van de linker- en rechteruiteinden te veranderen om een bepaald liftverschil te vormen tussen de linker- en rechterrotors, zodat een bepaald koppel wordt gegenereerd langs de linker- en rechter symmetrische assen van het vliegtuiglichaam, resulterend in hoekige versnelling in de richting van de richting om de besturing te bereiken. Zoals getoond in figuur 2.3, zal het verhogen van de snelheid van rotor 1 en het verminderen van de snelheid van rotor 3 ervoor zorgen dat het vliegtuig naar rechts kantelt; Integendeel, het verminderen van rotor 4 en het verhogen van rotor 2 zorgt ervoor dat het vliegtuig naar links kantelt.
Pekbeweging
De toonhoogte van een quadcopter is vergelijkbaar met rollende beweging. Het wordt geregeld door de voor- en achterrotorsnelheden te wijzigen om een liftverschil te vormen tussen de voor- en achterrotoren, terwijl de rotorsnelheden aan de linker- en rechteruiteinden van de romp ongewijzigd worden gehouden, waardoor een bepaald koppel op de voor- en achterste symmetrie -assen van de romp veroorzaakt, waardoor hoekige acceleratie in de hoekige richting wordt veroorzaakt. Zoals getoond in figuur 2.4, als de snelheid van rotor 3 wordt verhoogd en de snelheid van rotor 1 wordt verlaagd, zal het vliegtuig naar voren kantelen; Anders zal het vliegtuig achteruit kantelen.
Gierbeweging
De gierbeweging van de quadrotor wordt geregeld door de rotatiesnelheid van de vier rotoren tegelijkertijd in paren te regelen. Wanneer de rotatiesnelheid van de voor- en achterste uiteinden of de linker- en rechteruiteinden hetzelfde wordt gehouden, is er geen steek- of rolbeweging; En wanneer de twee rotoren in elke groep verschillende rotatiesnelheden hebben van de andere groep, vanwege de verschillende rotatierichtingen van de twee groepen rotoren, zal dit leiden tot een onbalans van de anti-torque-kracht, en op dit moment zal een reactiekracht worden gegenereerd rond de centrale as van de fuselage, die hoekige versnelling veroorzaakt. Zoals getoond in figuur 2.3, wanneer de rotatiesnelheid van de voor- en achterste rotoren gelijk is en groter is dan de rotatiesnelheid van de linker- en rechter-endrotors, omdat de eerste roteert in de richting van de klok mee en de laatste in de tegenovergestelde richting roteert, is de totale anti-torque in de tegenklokklokkering; Anders veroorzaakt het met de klok mee gierbeweging van het vliegtuig.
Samenvattend wordt de regeling van elke vluchttoestand van de quadcopter bereikt door de rotatiesnelheid van de vier symmetrische rotoren te regelen om overeenkomstige verschillende bewegingscombinaties te vormen. Er zijn echter zes graden van vrijheidsproductie tijdens de vlucht, dus het is een typisch onder-in-geactueerd, sterk gekoppeld niet-lineair systeem. De rotatiesnelheid van rotor 1 zorgt er bijvoorbeeld voor dat de drone naar links rolt en het koppel tegen de klok in zal groter zijn dan het koppel met de klok mee, waardoor de drone links verder gaat. Bovendien zal rollen ervoor zorgen dat de drone zich naar links vertaalt. Het is te zien dat de houding en vertaling van de quadcopter zijn gekoppeld.
