無(wú)人機飛控系統的原理、組成及作用詳解

無(wú)人機已經(jīng)廣泛應用于警力、城市管理、農業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力等領(lǐng)域，無(wú)人機的飛控系統、云臺、圖像傳輸系統都是關(guān)鍵部分。無(wú)人機飛控系統作為其“大腦”具體的作用是什么？由哪些部分組成？在設計時(shí)應該注意哪些問(wèn)題？

無(wú)人機飛控的作用

無(wú)人機飛行控制系統是指能夠穩定無(wú)人機飛行姿態(tài)，并能控制無(wú)人機自主或半自主飛行的控制系統，是無(wú)人機的大腦，也是區別于航模的最主要標志，簡(jiǎn)稱(chēng)飛控。

固定翼無(wú)人機飛行的控制通常包括方向、副翼、升降、油門(mén)、襟翼等控制舵面，通過(guò)舵機改變飛機的翼面，產(chǎn)生相應的扭矩，控制飛機轉彎、爬升、俯沖、橫滾等動(dòng)作。不過(guò)隨著(zhù)智能化的發(fā)展，無(wú)人機已經(jīng)涌現出四軸、六軸、單軸、矢量控制等多種形式。

傳統直升機形式的無(wú)人機通過(guò)控制直升機的傾斜盤(pán)、油門(mén)、尾舵等，控制飛機轉彎、爬升、俯沖、橫滾等動(dòng)作。多軸形式的無(wú)人機一般通過(guò)控制各軸槳葉的轉速來(lái)控制無(wú)人機的姿態(tài)，以實(shí)現轉彎、爬升、俯沖、橫滾等動(dòng)作。飛控的作用就是通過(guò)飛控板上的陀螺儀對無(wú)人機進(jìn)行控制，具體來(lái)說(shuō)，要對四軸飛行狀態(tài)進(jìn)行快速調整，如發(fā)現右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右邊電流輸出，電機變慢、升力變小，自然就不再向左傾斜。如果沒(méi)有飛控系統，四軸飛行器就會(huì )因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致等原因形成飛行力量不平衡，后果就是左右、上下地胡亂翻滾，根本無(wú)法飛行。

無(wú)人機飛控的工作過(guò)程

飛控系統實(shí)時(shí)采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數據、接收無(wú)線(xiàn)電測控終端傳輸的由地面測控站上行信道送來(lái)的控制命令及數據，經(jīng)計算處理，輸出控制指令給執行機構，實(shí)現對無(wú)人機中各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設備的管理與控制;同時(shí)將無(wú)人機的狀態(tài)數據及發(fā)動(dòng)機、機載電源系統、任務(wù)設備的工作狀態(tài)參數實(shí)時(shí)傳送給機載無(wú)線(xiàn)電數據終端，經(jīng)無(wú)線(xiàn)電下行信道發(fā)送回地面測控站。

飛控系統組成模塊

按照功能劃分，該飛控系統的硬件包括：主控制模塊、信號調理及接口模塊、數據采集模塊以及舵機驅動(dòng)模塊等。

具體的硬件構成原理如圖1所示。

模塊功能

各個(gè)功能模塊組合在一起，構成飛行控制系統的核心，而主控制模塊是飛控系統核心，它與信號調理模塊、接口模塊和舵機驅動(dòng)模塊相組合，在只需要修改軟件和簡(jiǎn)單改動(dòng)外圍電路的基礎上可以滿(mǎn)足一系列小型無(wú)人機的飛行控制和飛行管理功能要求，從而實(shí)現一次開(kāi)發(fā)，多型號使用，降低系統開(kāi)發(fā)成本的目的。

系統主要完成如下功能：

（1）完成多路模擬信號的高精度采集，包括陀螺信號、航向信號、舵偏角信號、發(fā)動(dòng)機轉速、缸溫信號、動(dòng)靜壓傳感器信號、電源電壓信號等。

由于CPU自帶A/D的精度和通道數有限，所以使用了另外的數據采集電路，其片選和控制信號是通過(guò)EPLD中譯碼電路產(chǎn)生的。

（2）輸出開(kāi)關(guān)量信號、模擬信號和PWM脈沖信號等能適應不同執行機構（如方向舵機、副翼舵機、升降舵機、氣道和風(fēng)門(mén)舵機等）的控制要求。

（3）利用多個(gè)通信信道，分別實(shí)現與機載數據終端、GPS信號、數字量傳感器以及相關(guān)任務(wù)設備的通信。由于CPU自身的SCI通道配置的串口不能滿(mǎn)足系統要求，設計中使用多串口擴展芯片28C94來(lái)擴展8個(gè)串口。