第3章无人机组成及飞行原理ppt课件.pptx
第3章 飞行控制系统的概述,本章的主要内容,飞行控制系统存在的意义。飞行控制系统主要硬件。飞行控制系统控制模式。常用的飞行控制算法。飞行控制器的设置。,飞行控制系统主要硬件,飞行控制系统一般主要由主控单元、IMU（惯性测量单元）、GPS指南针模块、LED指示灯模块等部件组成。1、主控单元 主控单元是飞行控制系统的核心，通过它将IMU、GPS指南针、舵机和遥控接收机等设备接入飞行控制系统从而实现飞行器自主飞行功能。除了辅助飞行控制以外，某些主控器还具备记录飞行数据的黑匣子功能，比如：DJI的Ace One。主控单元还能通过USB接口，进行飞行参数的调节和系统的固件升级。,2、惯性测量单元（IMU） 包含3轴加速度计、3轴角速度计和气压高度计，是高精度感应飞行器姿态、角度、速度和高度的元器件集合体，在飞行辅助功能中充当极其重要的角色。 IMU是测量物体三轴姿态角（或角速率）以及加速度的装置。IMU大多用在需要进行运动控制的设备，也被用在需要姿态进行精密位移推算的场合，如潜艇、飞机、导弹和航天器的惯性导航设备。气压高度计是通过测量大气压力来间接获取气压高度的传感器。,飞行控制系统主要硬件,3、GPS指南针模块 GPS指南针模块，包含GPS模块和指南针模块。全球导航卫星系统主要包含美国的GPS全球定位系统、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的北斗卫星导航系统，以及一些区域增强系统等。 右图大疆公司采用外挂的GPS模块同时集成了指南针模块。指南针模块的应用主要通过磁力计传感器开发，主要目的是尽可能地将磁力计移出受干扰的机体区域。GPS指南针模块用于精确确定飞行器的方向及经纬度。对于失控保护自动返航，精准定位悬停等功能的实现至关重要。,飞行控制系统主要硬件,大疆GPS指南针模块,LED指示灯模块 LED指示灯模块，接收主控制单元的信号来控制LED灯的亮灭以及闪烁，以指示系统的状态。主要目的用于实时显示飞行状态，是飞行过程中必不可少的，它能帮助飞手实时了解飞行状态。,飞行控制系统主要硬件,DJI的WKM飞控的LED指示灯模块,飞行控制系统一般提供三种飞行模式：GPS姿态模式、姿态模式和手动模式。1、GPS姿态模式（1）定位悬停 此模式下，旋翼无人机保持悬停状态，即使在风中也不例外。无人机借助全球定位系统原地不动。使用悬停模式时，固定机翼无人机保持高度，围绕当时自己所处位置盘旋。（2）自动返航 在无人机过分远离情况下，这时最佳应对模式，无人机返回在启动时存录的全球卫星定位系统坐标位置。（3）自动起降 对于旋翼无人机来说，只需要按下一个按钮，无人机就可以上升至几米的高度然后保持悬停状态，降落时，随着机身接近地面，无人机速度不断下降，然后在接触到地面时自动关闭引擎。,飞行控制系统控制模式,2、姿态模式 适合于没有GPS信号或GPS信号不佳的飞行环境，能实现自动保持飞行器姿态和高度，但是，不能实现自主定位悬停； 姿态模式简单的说就是自动平衡模式，但是只能保证自动平衡，不能定点悬停，需要手动干预。如果需要定点悬停，需要切换到GPS模式。3、手动模式 只能由比较有经验的飞手来控制，在该模式下，飞行控制系统不会自动保持飞行姿态和高度的稳定，完全由飞手手动控制，非受过专业飞行训练的飞手，请勿尝试。,飞行控制系统控制模式,常用的飞行控制算法,旋翼类无人机系统的算法主要有两类：姿态检测算法、姿态控制算法。姿态控制、被控对象（多旋翼无人机）、姿态检测三个部分构成一个闭环控制系统。被控对象的模型是由其物理系统决定，设计无人机的算法就是设计姿态控制算法、姿态检测算法。 1、姿态检测算法 姿态检测算法的作用就是将加速度计、陀螺仪等传感器的测量值解算成姿态，进而作为系统的反馈量。常用的姿态检测算法有卡尔曼滤波、互补滤波等。,2、姿态控制算法 控制飞行器姿态的三个自由度，以给定姿态与姿态检测算法得出的姿态偏差作为输入，被控对象模型的输入量作为输出（如姿态增量），从而达到控制飞行器姿态的作用。最常用的就是PID控制及其各种PID扩展（分段、模糊等）、高端点的有自适应控制。 什么是PID,P代表比例控制，I代表积分控制，D代表微分控制。比例微分积分线性控制即PID线性控制理论，是经典控制理论中甚至一些非线性控制系统中最常见的控制方法。（1）比例控制（2）积分控制（3）微分控制（4）PID参数的调试,常用的飞行控制算法,飞行控制器的设置步骤,APM 自驾仪简介 ArduPilotMega 自动驾驶仪（简称 APM 自驾仪）是一款非常优秀而且完全开源的自动驾驶控制器，可应用于固定翼、直升机、多旋翼、地面车辆等，同时还可以搭配多款功能强大的地面控制站使用。 APM硬件的版本有2.5，2.6和2.8。APM固件版本很多，APM硬件由于存储空间有限，最高支持到3.2.1的APM固件。所谓固件，英文名为Firmware，所有电子产品上的程序。自驾仪、无线电遥控器和照相机上的固件要定期更新，保证获得新的功能，改进性能。,硬件和软件的安装 建议分步骤完成APM的入门使用：（1）首先安装地面站控制软件及驱动，熟悉地面站界面的各个菜单功能；（2）仅连接USB先学会固件的下载；（3）连接接收机和USB线完成APM的遥控校准、加速度校准和罗盘校准；（4）完成各类参数的设定；（5）组装飞机，完成各类安全检查后试飞；（6）PID参数调整；（7）APM各类高阶应用,飞行控制器的设置步骤,相关参数的设置步骤（1）认识Misson Planner的界面（2）固件安装，固件即硬件对应的应用程序。一般都把固件刷到最新版本。（3）遥控校准。（4）加速度计校准。（5）罗盘校准。（6）解锁。（7）飞行模式配置。,飞行控制器的设置步骤,常见飞控（1）极翼P2（2）极飞 MINIX（3）深圳大疆 Naza-M Lite（4）零度智控 X4（5）零度智控S4（6）APM（7）MWC（8）QQ飞控（9）CC3D（10）大飞鲨 SharkX8,飞行控制器的设置步骤,
