O controle de vôo pode ser entendido como o sistema CPU do drone, que é o componente principal do drone. Sua principal função é enviar várias instruções e processar os dados enviados de volta por cada componente. Semelhante ao cérebro humano, ele envia instruções para várias partes do corpo, recebe informações enviadas de volta por cada componente e emite novas instruções após o cálculo. Por exemplo, o cérebro comanda a mão para tomar um copo de água. Depois que a mão toca a parede do copo, ela se retrai porque a água está muito quente e transmite essas informações de volta ao cérebro. O cérebro reenviará novas instruções de acordo com a situação real.
O princípio do vôo e o método de controle do drone (tomando um drone quad-rotor como exemplo), o drone quad-rotor geralmente é composto por um módulo de detecção, um módulo de controle, um módulo de execução e um módulo de fonte de alimentação. O módulo de detecção mede a postura atual; O módulo de execução resolve a postura atual, otimiza o controle e gera quantidades de controle correspondentes para o módulo de execução; O módulo da fonte de alimentação fornece energia para todo o sistema.
A fuselagem do drone quadcopter é composta por uma estrutura corporal rígida em forma de cruz simétrica, e o material é feito principalmente de fibra de carbono com peso leve e alta resistência; Um rotor que consiste em duas lâminas é instalado em cada uma das quatro extremidades da estrutura em forma de cruz para fornecer energia de vôo para a aeronave. Cada rotor é instalado em um rotor do motor e a velocidade de rotação de cada rotor é controlada controlando o estado de rotação do motor para fornecer um elevador diferente para obter várias posturas; Cada motor é conectado ao componente do acionamento do motor e à unidade de controle central, e a velocidade é ajustada pelo sinal de controle fornecido pela unidade de controle central; A unidade de medição inercial da IMU fornece à unidade de controle central dados da solução de atitude, e o módulo de detecção na fuselagem fornece ao drone os dados mais diretos para entender sua própria postura, o que fornece uma garantia para o drone quadcopter finalmente alcançar o voo autônomo em ambientes complexos.
Os rotores na mesma linha diagonal da fuselagem quadcopter estão agora agrupados. Os rotores dianteiros e traseiros giram no sentido horário, gerando um torque no sentido horário; Enquanto os rotores esquerdo e direito giram em uma direção no sentido anti -horário, gerando um torque no sentido anti -horário, para que os torques gerados pela rotação dos quatro rotores possam se compensar. Pode -se observar que todo o controle de atitude e posição do quadcopter é alcançado ajustando a velocidade dos quatro motores de acionamento. De um modo geral, o estado de movimento de um quadcopter é dividido principalmente em cinco estados: pairando, movimento vertical, movimento de rolamento, movimento de afinação e movimento de guinada.
Pairando
Passar é uma característica significativa dos quadcopters. No estado pairando, os quatro rotores têm a mesma velocidade de rotação, e a força de elevação resultante é exatamente igual à sua própria gravidade, ou seja. E como as velocidades do rotor são iguais, as velocidades de rotação das extremidades dianteiras e traseiras são opostas às velocidades de rotação das extremidades esquerda e direita, para que o torque total da aeronave seja zero, tornando a aeronave estacionária no ar e alcançando um estado queda.
Movimento vertical
O movimento vertical é o mais simples dos cinco estados de movimento. Sob a condição de que a velocidade de rotação de cada quadcopter seja igual, o movimento vertical da aeronave pode ser alcançado aumentando ou diminuindo a velocidade de rotação de cada rotor na mesma quantidade. Quando a velocidade de rotação dos quatro rotores é aumentada ao mesmo tempo, o elevador total gerado pelos rotores excede a gravidade do quadcopter, ou seja, o quadcopter aumentará verticalmente; Por outro lado, quando a velocidade do rotor é reduzida ao mesmo tempo, o elevador total gerado por cada rotor é menor que sua própria gravidade, ou seja, o quadcopter desce verticalmente, percebendo assim o controle vertical do quadcopter.
Movimento de rolamento
O movimento em queda é manter as velocidades do rotor dianteiro e traseiro do quadcopter inalteradas e alterar as velocidades do rotor das extremidades esquerda e direita para formar uma certa diferença de elevação entre os rotores esquerdo e direito, de modo que um certo torque é gerado ao longo dos eixos simétricos da esquerda e direita do corpo da aeronave, resultando em aceleração angular na direção para o controle. Como mostrado na Figura 2.3, aumentar a velocidade do rotor 1 e reduzir a velocidade do rotor 3 fará com que a aeronave se incline para a direita; Pelo contrário, a redução do rotor 4 e o aumento do rotor 2 fará com que a aeronave se incline para a esquerda.
Movimento de pitch
O movimento de pitch de um quadcopter é semelhante ao movimento de rolagem. É controlado alterando as velocidades do rotor dianteiro e traseiro para formar uma diferença de elevação entre os rotores dianteiro e traseiro, mantendo as velocidades do rotor nas extremidades esquerda e direita da fuselagem inalterada, formando assim um certo torque na simetria frontal e traseira da fuselagem, causando aceleração angular na direção angular. Como mostrado na Figura 2.4, se a velocidade do rotor 3 for aumentada e a velocidade do rotor 1 for reduzida, a aeronave se inclinará para a frente; Caso contrário, a aeronave se inclinará para trás.
Movimento da guinada
O movimento da guinada do quadrotor é controlado controlando a velocidade de rotação dos quatro rotores em pares ao mesmo tempo. Quando a velocidade de rotação das extremidades frontal e traseira ou as extremidades esquerda e direita for mantida a mesma, não haverá movimento de inclinação ou rolagem; E quando os dois rotores em cada grupo têm velocidades de rotação diferentes do outro grupo, devido às diferentes direções de rotação dos dois grupos de rotores, isso levará a um desequilíbrio da força anti-torque e, neste momento, uma força de reação será gerada em torno do eixo central do fuselagem, causando aceleração angular. Como mostrado na Figura 2.3, quando a velocidade de rotação dos rotores frontal e traseira é igual e maior que a velocidade de rotação dos rotores da extremidade esquerda e direita, porque o primeiro gira no sentido horário e o último gira na direção oposta, o anti-torque total está na direção do controvador, e a direção da reação no eixo central do fuselage no prolongamento; o contra-clock, e a direção da reação no eixo central do fuselage no prolongamento; Caso contrário, causará o movimento da guia no sentido horário da aeronave.
Em resumo, o controle de cada estado de vôo do quadcopter é alcançado controlando a velocidade de rotação dos quatro rotores simétricos para formar diferentes combinações de movimento correspondentes. No entanto, existem seis graus de produção de liberdade durante o voo, por isso é um sistema não linear sub-acionado e fortemente acoplado. Por exemplo, a velocidade de rotação do rotor 1 fará com que o drone role para a esquerda, e o torque no sentido anti -horário será maior que o torque no sentido horário, o que fará com que o drone a guirá à esquerda. Além disso, o rolamento fará com que o drone se traduza para a esquerda. Pode -se observar que a atitude e a tradução do quadcopter estão acopladas.
