Kontrola lotu może być rozumiana jako system procesora drona, który jest podstawowym składnikiem drona. Jego główną funkcją jest wysłanie różnych instrukcji i przetworzenie danych przesłanych przez każdy komponent. Podobnie jak w ludzkim mózgu, wysyła instrukcje do różnych części ciała, otrzymuje informacje przesłane przez każdy komponent i wydawuje nowe instrukcje po obliczeniu. Na przykład mózg nakazuje rękę, aby wziąć szklankę wody. Po tym, jak dłoń dotyka ściany kubka, cofa się, ponieważ woda jest zbyt gorąca i przekazuje tę informację z powrotem do mózgu. Mózg ponownie wyznaczy nowe instrukcje zgodnie z rzeczywistą sytuacją.
Zasada lotu i metoda sterowania drona (przyjmując dron czteroosobowy jako przykład), dron czteroosobowy składa się ogólnie z modułu wykrywalnego, modułu sterowania, modułu wykonania i modułu zasilającego. Moduł wykrywania mierzy bieżącą postawę; Moduł wykonania rozwiązuje bieżącą postawę, optymalizuje kontrolę i generuje odpowiednie wielkości sterowania dla modułu wykonania; Moduł zasilacza dostarcza zasilanie do całego systemu.
Kadłub drona quadcoptera składa się z symetrycznej sztywnej struktury ciała w kształcie krzyżowym, a materiał jest w większości wykonany z włókna węglowego o lekkiej i wysokiej wytrzymałości; Rotor składający się z dwóch ostrzy jest instalowany na każdym z czterech końców struktury krzyżowej w celu zapewnienia mocy lotu samolotu. Każdy wirnik jest instalowany na wirniku silnika, a prędkość obrotowa każdego wirnika jest kontrolowana poprzez kontrolowanie stanu obrotu silnika, aby zapewnić inny podnośnik w celu osiągnięcia różnych pozycji; Każdy silnik jest podłączony do komponentu napędu silnika i centralnej jednostki sterującej, a prędkość jest regulowana przez sygnał sterujący dostarczany przez centralną jednostkę sterującą; IMU bezwładnościowa jednostka pomiarowa zapewnia centralną jednostkę kontrolną z danymi rozwiązań postawy, a moduł wykrywania kadłuba zapewnia dronowi najbardziej bezpośrednią dane do zrozumienia własnej postawy, która zapewnia dronowi quadcoptera, aby w końcu osiągnąć autonomiczny lot w złożonych środowiskach.
Rotory na tej samej przekątnej linii kadłuba quadcoptera są teraz grupowane razem. Przednie i tylne wirniki obracają się w kierunku zgodnie z ruchem wskazówek zegara, generując w ten sposób moment obrotowy zgodnie z ruchem wskazówek zegara; Podczas gdy lewe i prawe wirniki obracają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, generując w ten sposób moment obrotowy w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, tak że momenty obrotowe generowane przez obrót czterech wirników mogą się ze sobą równać. Można zauważyć, że całą kontrolę postawy i pozycji quadkoptera osiąga się poprzez dostosowanie prędkości czterech silników napędowych. Ogólnie rzecz biorąc, stan ruchu quadkoptera jest głównie podzielony na pięć stanów: unoszenie się, ruch pionowy, ruch toczenia, ruch skokowy i ruch yaw.
Unoszące się
Unoszenie się jest istotną cechą quadkopterów. W stanie unoszenia cztery wirniki mają tę samą prędkość obrotową, a wynikowa siła podnoszenia jest dokładnie równa ich własnej grawitacji. A ponieważ prędkości wirnika są równe, prędkości obrotu przednich i tylnych końców są przeciwne do prędkości obrotu lewego i prawego końca, tak że całkowity moment obrotowy samolotu wynosił zero, dzięki czemu samolot stacjonarny w powietrzu i osiągnięcie stanu osłabienia.
Ruch pionowy
Ruch pionowy jest najprostszym z pięciu stanów ruchu. Pod warunkiem, że prędkość obrotowa każdego quadkoptera jest równa, ruch pionowego samolotu można osiągnąć poprzez zwiększenie lub zmniejszenie prędkości obrotu każdego wirnika o tej samej ilości. Gdy prędkość obrotowa czterech wirników zostanie zwiększona w tym samym czasie, całkowity podnośnik generowany przez wirniki przekracza grawitację quadkoptera, to znaczy quadkopter wzrośnie pionowo; I odwrotnie, gdy prędkość wirnika zostanie zmniejszona w tym samym czasie, całkowity podnośnik generowany przez każdy wirnik jest mniejszy niż jego własna grawitacja, to znaczy quadkopter opadnie pionowo, uświadamiając sobie w ten sposób kontrolę podnoszenia pionowego quadkoptera.
Ruch toczący się
Ruch upadku jest utrzymywanie prędkości przednich i tylnych wirnika niewiele zmiennych quadkoptera i zmiana prędkości wirnika lewych i prawych końców, aby utworzyć pewną różnicę podnoszenia między lewymi i prawymi wirnikami, tak aby pewien moment obrotowy jest generowany wzdłuż lewego i prawego symetrycznego osi nadwozia samolotu, co powoduje akcewację kątową w kierunku kontroli. Jak pokazano na rysunku 2.3, zwiększenie prędkości wirnika 1 i zmniejszenie prędkości wirnika 3 spowoduje przechylenie samolotu po prawej stronie; Przeciwnie, zmniejszenie wirnika 4 i zwiększenie wirnika 2 spowoduje przechylenie samolotu po lewej stronie.
Ruch skokowy
Ruch skoku quadkoptera jest podobny do ruchu toczenia. Jest kontrolowany przez zmianę prędkości przednich i tylnych wirnika, aby utworzyć różnicę podnoszenia między przednimi i tylnymi wirnikami, jednocześnie utrzymując prędkości wirnika po lewej i prawej końce kadłuba bez zmian, tworząc pewien moment obrotowy na przednich i tylnych osiach symetrii osi kadłuba, powodując kątowe akcelerację w kierunku kątowym. Jak pokazano na rysunku 2.4, jeśli prędkość wirnika 3 jest zwiększona, a prędkość wirnika 1 jest zmniejszona, samolot przechyli się do przodu; W przeciwnym razie samolot przechyli się do tyłu.
Ruch yaw
Ruch odchylenia kwadrotora jest kontrolowany przez kontrolowanie prędkości obrotu czterech wirników w parach w tym samym czasie. Gdy prędkość obrotowa przednich i tylnych końców lub lewe i prawe końce będą przechowywane tak samo, nie będzie ruchu ani rolki; A gdy dwa wirniki w każdej grupie mają różne prędkości obrotu od drugiej grupy, ze względu na różne kierunki obrotu dwóch grup wirników, doprowadzi to do nierównowagi siły przeciwzurkłowej, a w tym czasie powstanie siła reakcyjna wokół oś środkowej osi kadłuba, powodującego akcewację kątową. Jak pokazano na ryc. 2.3, gdy prędkość obrotu przednich i tylnych wirników jest równa i większa niż prędkość obrotowa lewych i prawych wirników końcowych, ponieważ poprzednie obraca się w kierunku zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a drugi obraca się w przeciwnym kierunku, całkowita przeciwdziała jest w kierunku przeciwwskazanym przeciwwymiotkim, a siła reakcji działa na środkowej osi Fuselage w kierunku przeciwwskazanym przeciwnym, co powoduje, że kontrokkla jest w kierunku przeciwwskazanym przeciwwymszowym; W przeciwnym razie spowoduje to odwrotnie w kierunku odchylania samolotu.
Podsumowując, kontrolę każdego stanu lotu quadkoptera osiąga się poprzez kontrolowanie prędkości obrotowej czterech symetrycznych wirników, tworząc odpowiednie różne kombinacje ruchu. Jednak podczas lotu istnieje sześć stopni wolności, więc jest to typowy niedoceniany, silnie sprzężony nieliniowy układ. Na przykład prędkość obrotu wirnika 1 spowoduje zwinięcie drona po lewej stronie, a moment obrotowy przeciwnie do ruchu wskazówek zegara będzie większy niż moment obrotowy zgodnie z ruchem wskazówek zegara, co dodatkowo spowoduje odchylenie drona po lewej stronie. Ponadto toczenie spowoduje przetłumaczenie drona na lewą. Można zauważyć, że postawa i tłumaczenie quadkoptera są sprzężone.
