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飛行控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱飛控系統(tǒng)，是控制無人機(jī)飛行姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)方向的部件，是無人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返場(chǎng)回收等整個(gè)飛行過程的核心系統(tǒng)，也稱為自動(dòng)駕駛儀（自駕），這也是無人機(jī)區(qū)別于航模的根本原因之一。實(shí)際上，無人機(jī)的飛控系統(tǒng)就相當(dāng)于有人機(jī)的駕駛員，是無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵。  飛控系統(tǒng)的基本功能 1.控制 解決“怎么飛”的問題。根據(jù)任務(wù)，通過算法計(jì)算出控制量，輸出給電調(diào)，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制，這是飛控系統(tǒng)要做的首要事情。 2.定位 解決“在哪兒”的問題。充分發(fā)揮飛控系統(tǒng)中各種傳感器的功能，綜合分析判斷得到準(zhǔn)確的位置和姿態(tài)信息。 3.導(dǎo)航 解決“去哪兒”的問題。飛行操控人員或者地面站操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行飛行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)航跡控制。 飛控系統(tǒng)的構(gòu)成 飛控系統(tǒng)一般由傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分，如圖所示。當(dāng)某種干擾使無人機(jī)偏離原有姿態(tài)時(shí)，傳感器檢測(cè)出姿態(tài)的變化，計(jì)算機(jī)算出需要的修正偏量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將控制面操縱到所需位置。  傳感器  無人機(jī)飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)、氣壓計(jì)、超聲波傳感器及 GPS 模塊等，這些傳感器構(gòu)成無人機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。各傳感器基本功能如下： 1 慣性測(cè)量單元（IMU） 包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)，主要得到無人機(jī)的姿態(tài)信息。常用的有6軸、9軸和10軸三種，6軸IMU包含三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀，9軸IMU是包含了三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀和三軸磁力計(jì)，而10軸IMU則是在9軸IMU基礎(chǔ)上加上氣壓計(jì)構(gòu)成。  慣性測(cè)量單元（IMU）  加速度計(jì)  陀螺儀  磁力計(jì) 2 高度測(cè)量單元 包括氣壓傳感器（簡(jiǎn)稱氣壓計(jì)）和超聲傳感器。氣壓計(jì)測(cè)量得到絕對(duì)高度信息，而超聲傳感器測(cè)量得到相對(duì)高度信息，可實(shí)現(xiàn)懸停高度控制或避障。  氣壓傳感器  超聲傳感器 3 全球定位系統(tǒng)（GPS）包含GPS模塊和指南針模塊，用于精確確定飛行器的方向及經(jīng)緯度。對(duì)于失控保護(hù)自動(dòng)返航，精準(zhǔn)定位懸停等功能的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。  機(jī)載計(jì)算機(jī) 機(jī)載計(jì)算機(jī)是飛控系統(tǒng)的核心部件，是算法計(jì)算平臺(tái)，由硬件和軟件組成。 1 硬件也就是電路板，由主處理控制器（常用的有通用型處理器（MPU）、微處理器（MCU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）及可編程門陣列（FPGA）、二次電源（5V、±15V 等直流電源）、模擬量輸入/輸出接口、離散量接口、通信接口（RS232/RS422/RS485、ARINC429和 1553B 總線）、余度管理（信息交換電路、同步指示電路、通道故障邏輯綜合電路及故障切換電路）、加溫電路、檢測(cè)接口等組成。 2 軟件也就是飛控程序，是一種運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上的嵌入式實(shí)時(shí)任務(wù)軟件，不僅要求功能正確、性能好、效率高，而且要求其具有較好的質(zhì)量保證、可靠性和可維護(hù)性。主要模塊有硬件接口驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器數(shù)據(jù)處理模塊、飛行控制律模塊、導(dǎo)航與制導(dǎo)律模塊、飛行任務(wù)管理模塊、任務(wù)設(shè)備管理模塊、余度管理模塊、數(shù)據(jù)傳輸和記錄模塊、自檢測(cè)模塊等。  機(jī)載計(jì)算機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 無人機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是伺服作動(dòng)設(shè)備，是飛控系統(tǒng)的重要組成部分。其主要功能是根據(jù)計(jì)算機(jī)的指令，按規(guī)定的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)要求，通過對(duì)無人機(jī)各控制面和發(fā)動(dòng)機(jī)油門的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的飛行控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括電調(diào)、電機(jī)、舵機(jī)等。 |
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