Shenzhen Jentc Technology Co., LTD

Shenzhen Jentc Technology Co., LTD

การตีความอย่างละเอียดของเทคโนโลยีการควบคุมเที่ยวบิน UAV

2025 05/13

ระบบควบคุมการบินเรียกว่าการควบคุมการบินซึ่งถือได้ว่าเป็นสมองของเครื่องบิน เที่ยวบิน, โฉบ, การเปลี่ยนแปลงทัศนคติ, ฯลฯ ของเครื่องบินหลายแกนล้วนถูกส่งโดยเซ็นเซอร์ต่าง ๆ ไปยังการควบคุมเที่ยวบินและจากนั้นคำแนะนำการควบคุมเที่ยวบินปัญหาผ่านการคำนวณและการตัดสิน

การควบคุมเที่ยวบินสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นระบบ CPU ของโดรนซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของเสียงพึมพำ ฟังก์ชั่นหลักคือการส่งคำแนะนำต่าง ๆ และประมวลผลข้อมูลที่ส่งกลับโดยแต่ละองค์ประกอบ คล้ายกับสมองมนุษย์มันจะส่งคำแนะนำไปยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกายได้รับข้อมูลที่ส่งกลับโดยแต่ละองค์ประกอบและออกคำแนะนำใหม่หลังจากการคำนวณ ตัวอย่างเช่นสมองสั่งให้มือใช้น้ำหนึ่งแก้ว หลังจากที่มือสัมผัสกับผนังของถ้วยมันจะดึงกลับเพราะน้ำร้อนเกินไปและส่งข้อมูลนี้กลับไปที่สมอง สมองจะส่งคำแนะนำใหม่ตามสถานการณ์จริง  

หลักการเที่ยวบินและวิธีการควบคุมของเสียงพึมพำ (การใช้โดรน quad-rotor เป็นตัวอย่าง) เสียงพึมพำรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสโดยทั่วไปประกอบด้วยโมดูลการตรวจจับโมดูลควบคุมโมดูลการดำเนินการและโมดูลแหล่งจ่ายไฟ โมดูลการตรวจจับวัดท่าทางปัจจุบัน โมดูลการดำเนินการแก้ท่าทางปัจจุบันปรับการควบคุมให้เหมาะสมและสร้างปริมาณการควบคุมที่สอดคล้องกันสำหรับโมดูลการดำเนินการ โมดูลแหล่งจ่ายไฟจ่ายพลังงานให้กับระบบทั้งหมด

_20250513095513

 

ลำตัวของโดรน quadcopter นั้นประกอบด้วยโครงสร้างร่างกายที่มีรูปทรงกากบาทแบบสมมาตรและวัสดุส่วนใหญ่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีน้ำหนักเบาและความแข็งแรงสูง โรเตอร์ประกอบด้วยใบมีดสองใบถูกติดตั้งที่ปลายทั้งสี่ของโครงสร้างข้ามรูปทรงเพื่อให้กำลังบินสำหรับเครื่องบิน โรเตอร์แต่ละตัวจะถูกติดตั้งบนโรเตอร์มอเตอร์และความเร็วในการหมุนของโรเตอร์แต่ละตัวจะถูกควบคุมโดยการควบคุมสถานะการหมุนของมอเตอร์เพื่อให้ยกที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ท่าต่าง ๆ มอเตอร์แต่ละตัวเชื่อมต่อกับส่วนประกอบของมอเตอร์ไดรฟ์และชุดควบคุมส่วนกลางและความเร็วจะถูกปรับโดยสัญญาณควบคุมที่จัดทำโดยหน่วยควบคุมกลาง หน่วยวัดความเฉื่อยของ IMU ให้ข้อมูลการแก้ปัญหาทัศนคติของหน่วยกลางและโมดูลการตรวจจับบนลำตัวให้ข้อมูลเสียงพึมพำกับข้อมูลโดยตรงมากที่สุดเพื่อทำความเข้าใจท่าทางของตัวเอง

ใบพัดบนเส้นทแยงมุมเดียวกันของลำตัว quadcopter นั้นถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกัน ใบพัดด้านหน้าและด้านหลังหมุนไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกาดังนั้นจึงสร้างแรงบิดตามเข็มนาฬิกา ในขณะที่ใบพัดซ้ายและขวาหมุนไปในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาดังนั้นจึงสร้างแรงบิดทวนเข็มนาฬิกาเพื่อให้แรงบิดที่เกิดจากการหมุนของใบพัดทั้งสี่สามารถชดเชยกันและกันได้ จะเห็นได้ว่าทัศนคติและการควบคุมตำแหน่งทั้งหมดของ quadcopter ทำได้โดยการปรับความเร็วของมอเตอร์ขับเคลื่อนทั้งสี่ โดยทั่วไปแล้วสถานะการเคลื่อนไหวของ quadcopter ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นห้ารัฐ: การโฉบ, การเคลื่อนไหวในแนวตั้ง, การเคลื่อนไหวกลิ้ง, การเคลื่อนไหวระดับเสียงและการเคลื่อนไหวของหันเห

ที่โฉบ

การโฮเวอร์เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของ quadcopters ในสภาวะที่โฉบกลับตัวสี่ใบพัดมีความเร็วในการหมุนเท่ากันและแรงยกที่เกิดขึ้นนั้นเท่ากับแรงโน้มถ่วงของตัวเองนั่นคือ และเนื่องจากความเร็วของโรเตอร์เท่ากันความเร็วในการหมุนของปลายด้านหน้าและด้านหลังจึงตรงข้ามกับความเร็วในการหมุนของปลายซ้ายและขวาเพื่อให้แรงบิดทั้งหมดของเครื่องบินเป็นศูนย์ทำให้เครื่องบินอยู่นิ่งในอากาศ

_20250513095519

 

 

การเคลื่อนไหวแนวตั้ง

การเคลื่อนไหวในแนวตั้งเป็นสิ่งที่ง่ายที่สุดในห้าสถานะการเคลื่อนไหว ภายใต้เงื่อนไขว่าความเร็วในการหมุนของ quadcopter แต่ละตัวมีค่าเท่ากันการเคลื่อนที่ในแนวตั้งของเครื่องบินสามารถทำได้โดยการเพิ่มหรือลดความเร็วในการหมุนของโรเตอร์แต่ละตัวในปริมาณเดียวกัน เมื่อความเร็วในการหมุนของใบพัดทั้งสี่เพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกันลิฟต์ทั้งหมดที่สร้างโดยใบพัดนั้นสูงกว่าแรงโน้มถ่วงของ quadcopter นั่นคือ quadcopter จะเพิ่มขึ้นในแนวตั้ง ในทางกลับกันเมื่อความเร็วของโรเตอร์ลดลงในเวลาเดียวกันลิฟต์ทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยโรเตอร์แต่ละตัวจะน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของตัวเองนั่นคือ quadcopter จะลงมาในแนวตั้งดังนั้นจึงตระหนักถึงการควบคุมการยกแนวตั้งของ quadcopter

 

การเคลื่อนไหวกลิ้ง

การเคลื่อนที่ของการสั่นสะเทือนคือการรักษาความเร็วของโรเตอร์ด้านหน้าและด้านหลังของ quadcopter ไม่เปลี่ยนแปลงและเปลี่ยนความเร็วของโรเตอร์ของปลายซ้ายและขวาเพื่อสร้างความแตกต่างของลิฟท์ระหว่างใบพัดซ้ายและขวาเพื่อให้แรงบิดบางอย่างถูกสร้างขึ้นตามแกนสมมาตรซ้ายและขวาของร่างกายอากาศยาน ดังที่แสดงในรูปที่ 2.3 การเพิ่มความเร็วของโรเตอร์ 1 และลดความเร็วของโรเตอร์ 3 จะทำให้เครื่องบินเอียงไปทางขวา ในทางตรงกันข้ามการลดโรเตอร์ 4 และเพิ่มโรเตอร์ 2 จะทำให้เครื่องบินเอียงไปทางซ้าย

_20250513095526

 

 

การเคลื่อนไหวของสนาม

การเคลื่อนไหวระดับเสียงของ quadcopter นั้นคล้ายกับการเคลื่อนไหวแบบกลิ้ง มันถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนความเร็วของโรเตอร์ด้านหน้าและด้านหลังเพื่อสร้างความแตกต่างของลิฟท์ระหว่างใบพัดด้านหน้าและด้านหลังในขณะที่รักษาความเร็วของโรเตอร์ที่ปลายด้านซ้ายและขวาของลำตัวไม่เปลี่ยนแปลงดังนั้นจึงสร้างแรงบิดที่ด้านหน้าและด้านหลังสมมาตรของลำตัวทำให้เกิดการเร่งความเร็วเชิงมุม ดังที่แสดงในรูปที่ 2.4 หากความเร็วของโรเตอร์ 3 เพิ่มขึ้นและความเร็วของโรเตอร์ 1 จะลดลงเครื่องบินจะเอียงไปข้างหน้า มิฉะนั้นเครื่องบินจะเอียงไปข้างหลัง

_20250513095534

 

 

การเคลื่อนไหวของหันเห

การเคลื่อนที่หันเหของ quadrotor ถูกควบคุมโดยการควบคุมความเร็วในการหมุนของใบพัดสี่ตัวเป็นคู่ในเวลาเดียวกัน เมื่อความเร็วในการหมุนของด้านหน้าและด้านหลังหรือปลายซ้ายและขวาจะถูกเก็บไว้เท่ากันจะไม่มีการเคลื่อนไหวระดับเสียงหรือม้วน และเมื่อใบพัดทั้งสองในแต่ละกลุ่มมีความเร็วในการหมุนที่แตกต่างกันจากกลุ่มอื่นเนื่องจากทิศทางการหมุนที่แตกต่างกันของใบพัดทั้งสองกลุ่มมันจะนำไปสู่ความไม่สมดุลของแรงต่อต้านแรงบิดและในเวลานี้แรงปฏิกิริยาจะถูกสร้างขึ้นรอบแกนกลางของลำตัว ดังที่แสดงในรูปที่ 2.3 เมื่อความเร็วในการหมุนของใบพัดด้านหน้าและด้านหลังมีค่าเท่ากันและสูงกว่าความเร็วในการหมุนของใบพัดด้านซ้ายและขวาเนื่องจากอดีตหมุนไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกาและหลังหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม มิฉะนั้นจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของเครื่องบิน

 

 

โดยสรุปการควบคุมของแต่ละสถานะการบินของ quadcopter ทำได้โดยการควบคุมความเร็วในการหมุนของใบพัดสี่สมมาตรเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามมีการส่งออกอิสระหกองศาในระหว่างเที่ยวบินดังนั้นจึงเป็นระบบที่ไม่ได้ใช้งานแบบไม่เชิงเส้น ตัวอย่างเช่นความเร็วในการหมุนของโรเตอร์ 1 จะทำให้เสียงพึมพำม้วนไปทางซ้ายและแรงบิดทวนเข็มนาฬิกาจะสูงกว่าแรงบิดตามเข็มนาฬิกาซึ่งจะทำให้เสียงพึมพำไปทางซ้าย นอกจากนี้การกลิ้งจะทำให้เสียงพึมพำแปลไปทางซ้าย จะเห็นได้ว่าทัศนคติและการแปลของ quadcopter นั้นเป็นคู่