无人机系列之飞控算法

最新推荐文章于 2025-06-10 15:51:16 发布
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本文介绍了无人机的分类，系统架构，特别是飞控系统的功能和关键算法。飞控系统包括导航和飞行控制子系统，涉及传感器如陀螺仪、光流和磁力计。关键算法包括姿态解算和姿态控制，通过PI控制器、四元数和旋转矩阵实现精确的姿态稳定与调整。

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一.无人机的分类

按飞行平台构型分类：无人机可分为固定翼无人机，旋翼无人机，无人飞艇，伞翼无人机，扑翼无人机等.
图1 无人机平台构型
多轴飞行器multirotor是一种具有三个以上旋翼轴的特殊的直升机。旋翼的总距固定而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼相对转速可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹.


图2 多轴飞行器


图3 各类变模态平台

二.无人机的系统架构


图4 无人机系统架构

三.飞控系统简介

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读懂：无人机飞控三大算法
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无人机飞控算法原理基础研究，多旋翼无人机的飞行控制算法理论详解，无人机飞控软件架构设计
专注多旋翼、复合翼无人机技术研究，从事低空经济行业。
02-09 2880
这是整个飞控系统运行的核心。自动控制器是无人机飞行控制的核心部分，它负责接收来自无人机传感器和其他系统的信息，并根据预设的算法和逻辑，对无人机的姿态、速度、位置等进行控制。在姿态模式中，无人机通过接收来自遥控器的期望姿态信息，控制器通过控制各电机油门实现对期望姿态的跟踪，从而实现稳定的飞行。捷联式惯性导航系统则是一种自主式的导航方法，利用载体上的加速度计、陀螺仪等惯性传感器，测出飞行器的角运动信息和线运动信息，再结合初始姿态、初始航向、初始位置等信息，推算出飞机的姿态、速度、航向、位置等导航参数。
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无人机飞控三大算法：捷联式惯性导航系统、卡尔曼滤波算法、飞行控制PID算法。 一、捷联式惯性导航系统 说到导航，不得不说GPS，他是接受卫星发送的信号计算出自身位置的，但是当GPS设备上方被遮挡后，GPS设备无法定位了。比如在室内、隧道内、地下等场所，基本收不到GPS信号。 语录：任何一款有缺点的产品，必然成就了另一款能克服其缺点的产品。 另一种导航方式是不依赖外界信息的，这种导航叫...
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所以可以认为输入的也是角速度。该算法通过建立无人机的动力学模型，预测未来一段时间内的无人机状态，并根据期望的姿态和当前状态之间的误差，优化控制输入，使得无人机能够实现稳定的姿态控制。xk-1^是上一时刻的最优估计值，xk是当前估计值，,xk- ^是当前最优估计值（他的方差比xk-1^小是因为修正后方差要小的缘故，而且他是由xk-^和yk最终决定的），yk是观测值。启发式搜索是在状态空间中的搜索，对每一个搜索的位置进行评估，得到最好的位置，再从这个位置进行搜索直到目标，省略大量的搜索路径，提高效率。
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飞控系统我们可以理解成为无人机的CPU系统，是无人机的核心部件，它的主要功能是发送相关的各种指令，并且处理传递回来的有关信息，飞控系统中最为核心 的就是无人机的飞控算法。当同时増加四个旋翼转速时，使得旋翼产生的总升力大小超过四旋翼无人机的重力时，即，四旋翼无人机便会垂直上升；捷联式导航是属于惯性导航的一种，主要是指利用载体上的加速度计，陀螺仪等着两种惯性元件，去分别测出飞行物体运动的信息与初始姿态，初始导航，与位置等并一起交给计算模块，并由计算模块推算出飞机的姿态，速度，航向与位置等导航自主是的导航方法。
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随着我国低空空域开放步伐的加快以及传感器、自动控制、计算机等技术领域的发展，近几年微小型无人机得到了快速的发展。旋翼无人机作为无人机家族中的重要成员，由于其具有空中悬停、垂直起降、贴地飞行等独特的飞行特性，更是成为国内外大学和研究机构关注的焦点。 一个完整的控制系统需要有被控对象、传感器、控制器，构成一个完整的闭环。对应到四旋翼无人机控制系统中，需要有能够接收无线通信的无人机，可以得到无人机状态信息（无人机的姿态信息和位置信息）的传感器，发送指令的地面控制站。在室外环境中，无人机的定位通常使用GPS实现。但
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无人机（Unmanned Aerial Vehicle），指的是一种由动力驱动的、无线遥控或自主飞行、机上无人驾驶并可重复使用的飞行器，飞机通过机载的计算机系统自动对飞行的平衡进行有效的控制，并通过预先设定或飞机自动生成的复杂航线进行飞行，并在飞行过程中自动执行相关任务和异常处理。在前面的文章中，我们分析了多旋翼无人机的飞行原理及飞行模式。链接在最后的飞行模式中， 除了纯手动模式外，简单解释了其它模式如姿态模式的原理，其中一笔带过就是形成了闭环控制，所以稳定。
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