无人机飞行姿态检测及控制研究

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无人 栅 行 姿 态检 测 及控 制研 究
广西机场管理集团有限责任公司 罗 浩
【 摘要 】随着我 国科技的逐渐发展 ，无人机也逐渐普及 ，这就使人们对无人机进行 自主飞行的相关控制技术要 求逐渐提 高，并对无人机飞行
时的相 关 品质 的要 求也 在逐 渐提 高。本 文通过 对 自动 驾驶仪 的介 绍 ，从 而对无人 机 的控 制原 理进 行 阐述 ，并 对无人 机 纵 向控制 策略 、横 向控 制策略 以及 自 动起飞和 自动着陆的控制进行描述。 【 关键词 】 无人机 ；自动驾驶仪 ；飞行姿 态；检测 对无人机进行控制 ，最主要的就是无人机在进行飞行以及完成任务的 时候，能够按照人 的意志进行完成，从而使飞行系统能够对飞机实现有效 的控制。因此，想要使无人机在飞行的时候，飞行运动能够得 以 简化 ，飞 机的相关设计人员就 需要对飞机的纵 向运动 、横侧向运动进行研究。 （ 二 ） 无人 机纵 向控 制策 略 无人 机 在进 行 纵 向运动 的 时候 ，通 常就 是 指无 人机 在 垂直 地 面 上进 行运 动 ，其 通常 是指 纵 向角运 动 和纵 向线 运动 。 飞 机 的 纵 向 角运 动 ，其 主 要 是 对 飞 机 飞 行 的 仰 角 进行 制定 ， 飞机 按 照指 定 的仰 角进 行 飞行 ，而 飞机 的俯 仰 角 ，在对 无 人机 进行 角运 动 的时 候 ，通 常都 是 以飞机 的俯仰 角进 行 控制 ，而 俯 仰角 的数 值来 源 ，通 常 是通 过惯 性测 量 单元 对相 应 的数据 信 息进 行 获取 。 同 时 ，在对 俯 仰角 进 行控 制 的时 候 ，所 能够运 用 到 的方法 虽 然有 很 多 种 ，但 是 随着遗 传 算法 的不 断 发展 ， 以及其 所 具有 的优 越性 ，当前 在无 人机 进 行控 制 方法 中使 用 的最 为广 泛 。在 控制 飞机 进 行角 运动 时 ，飞机 飞 行 时所产 生 的俯 仰角 的具体 参数 ，通 常 会受 到周 期 变化 的影 响 ， 而且 俯 仰 角 在 进 行 周期 变 化 的时 候 ，所 需 要 的 时 间 比 较 长 ，并且 飞 机上 的干 扰 作用 及其 操作 机 构等 干扰 因素 ，都会 使 飞机 在进 行 飞 行 的时 候受 到 干扰 【 ３ 】 。因此 ，本 文在 对 俯仰 角 的实 际速 度 进行 控制 的时候 ，会 将其 作 为俯 仰角 进 行控 制系 统 中 的内 回路 ，其 在 内 回路 当中主 要 是 以俯 仰 角对 俯仰 角 速率 进 行控 制 ，而对 外 回路 进行 控制 ，主要 是依 赖 于纵 向角 运动 中的俯 仰角 。通 过对 俯 仰 角进 行控 制 的相 关系 统 ，也就 是俯 仰角 控制 框 图如 图２ 所示。
图２俯仰角控制 系统框 图
行 的时 候变 回到 原 先的 状态 ，敏 感 元件 所传 出的信 息就 会变 为零 ， 同 时系 统 中其他 相 关 的控制 面也 都 会变 回原 先 的状 态 ，这样 无 人机 在 飞行 的时候 ，就会根 据所 预 定 的状态 进行 飞行 。
根据 对 无人 机进 行建 模 时 ，舵机 的 功能 ，主 要是 对 其相 关环 节 进行 简化 ，机 带 的宽度 通 常为 １ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ，其 进行 传递 的 函数 为 ：
＝ ．自动驾驶仪的原理
所谓 的 自动 驾驶仪 ，就是一种 比较常 用 的反馈 控制 系统 ，这 一系 统主 要是对无 人机上 的驾驶 员进 行代替 ，对 飞机 的飞行进 行控制 。图 ｌ 主要 是 自动驾驶仪 与无人机进 行结合 ，组 成的一个 闭环 系统 。
图１自动驾驶 仪组成 的闭环系统 由 图１ 可 知 ，如 果 飞 机在 进 行 飞行 的时 候 ，发 生偏 离 ，系 统 中 的敏 感 元件 就会 对 飞机 飞行 时所 偏 离 的实 际方 向得 以感 受 ， 以此 对 相应 的信号 进行 传 输 ， 同时 通离 的状况 进 行处 理 ，然后 对 执行 机构 的使 用 ，使 控制 面对 发 生 的偏 转进 行修 正 。 因此这 一 闭环 系统 在进 行连 接 的时 候 ，主 要是 对 负反馈 原 则进 行 运用 ， 因此此 系 统在 对无 人机 进 行控 制 的时候 ， 就 会使 无 人机 在 飞行 的 时候 变 回 原先 的状 态 … 。 如果 飞机 在 进 行飞
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一
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前言
随着 我 国经济 迅速 发展 ，科 技也得 以相应 的进 步 ，再 加上我 国在 军事 方面 的思想转 变，无 人机逐渐 在我 国的军 队上得 以广 泛应 用， 同 时 ，我 国许多企业 ，例如地质勘测 等也都使 用无 人机，因此其在民用上 也得 以无广泛 的应用 。总之 ，无人机 在进 行飞行的时候 ，不论是用于攻 击 、侦查 ，还是测绘 、航拍 ，都 需要 平稳 的飞行 姿态。因此需要对无人 机飞行 的姿态进行检测研 究，确保 无人机 能够进 行平稳的飞行 。
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三．无人机控制原理
（ 一） 无 人机 飞行 控 制 系统 无 人机 的飞 行控 制 系统 是整 个 无人 机 的控制 中心 ，无人 机 能够
进行 自主导 航 以及 自主 飞行 控制 都 依赖 于这 个指 挥 控制 中心 。其 最 主要 的 组成 部分 就 是计 算机 ，同时 由相 关 的感应 系 统 以及操 作 系统 共 同组成 的 ，一 个封 闭环 形 的控制 系统 。 在对无 人机进 行飞行 时，其控 制系统 的原理就 是 ，无人 机在空 中 进行巡 航的 时候 ，就 会传 回相 关 的巡 视数据 ，这一 系统就是 对该数 据 进行检 测 ，同时 ，检 测的相应 数据 ，就会及 时的在 飞机 的控 制系统 中 进 行汇集 】 。例如 ，无线 电的高度表将 相关 高度 的信 息进行 回传时 ， 同 时也 会将 无 人机 的 相关 飞 行状 态 以及 信 息进 行 回传 ，而ＧＰ Ｓ 的 应 用 ，也会 将相 关 的位置信 息进 行 回传 等 ，对 于 这 些数 据 ，都 将 通过 控 制系 统进 行相 应 的计 算 以及 处理 ，然 后通 过 一系 列相 关 的控 制方 法 以及 策 略 ，就可 以计 算 出每个 操 作执 行机 构 的控 制量 ，然后 将这 些控 制 量分 配到 各个 执 行机构 上 ，从而 完成 对 无人 机 的控制 。