飛控基本知識

時間：2024-08-17 03:08:38 航空培訓(xùn) 我要投稿

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飛控基本知識

　　關(guān)于導(dǎo)航飛控系統(tǒng)是無人機的關(guān)鍵核心系統(tǒng)之一。它在部分情況下，按具體功能又可劃分為導(dǎo)航子系統(tǒng)和飛控子系統(tǒng)兩部分。那么，下面是小編為大家整理的飛控基本知識，歡迎大家閱讀瀏覽。

飛控基本知識

　　定義：

　　導(dǎo)航飛控系統(tǒng)是無人機的關(guān)鍵核心系統(tǒng)之一。它在部分情況下，按具體功能又可劃分為導(dǎo)航子系統(tǒng)和飛控子系統(tǒng)兩部分。

　　導(dǎo)航子系統(tǒng)的功能是向無人機提供相對于所選定的參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)、引導(dǎo)無人機沿指定航線安全、準(zhǔn)時、準(zhǔn)確地飛行。完善的無人機導(dǎo)航子系統(tǒng)具有以下功能：

　　(1)獲得必要的導(dǎo)航要素，包括高度、速度、姿態(tài)、航向;

　　(2)給出滿足精度要求的定位信息，包括經(jīng)度、緯度;

　　(3)引導(dǎo)飛機按規(guī)定計劃飛行;

　　(4)接收預(yù)定任務(wù)航線計劃的裝定，并對任務(wù)航線的執(zhí)行進(jìn)行動態(tài)管理;

　　(5)接收控制站的導(dǎo)航模式控制指令并執(zhí)行，具有指令導(dǎo)航模式與預(yù)定航線飛行模式相互切換的功能;

　　(6)具有接收并融合無人機其他設(shè)備的輔助導(dǎo)航定位信息的能力;

　　(7)配合其他系統(tǒng)完成各種任務(wù)

　　飛控子系統(tǒng)是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返廠回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，對無人機實現(xiàn)全權(quán)控制與管理，因此飛控子系統(tǒng)之于無人機相當(dāng)于駕駛員之于有人機，是無人機執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵。飛控子系統(tǒng)主要具有如下功能：

　　(1)無人機姿態(tài)穩(wěn)定與控制;

　　(2)與導(dǎo)航子系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成航跡控制;

　　(3)無人機起飛(發(fā)射)與著陸(回收)控制;

　　(4)無人機飛行管理;

　　(5)無人機任務(wù)設(shè)備管理與控制;

　　(6)應(yīng)急控制;

　　(7)信息收集與傳遞。

　　以上所列的功能中第1、4和6項是所有無人機飛行控制系統(tǒng)所必須具備的功能，而其他項則不是每一種飛行控制系統(tǒng)都具備的，也不是每一種無人機都需要的，根據(jù)具體無人機的種類和型號可進(jìn)行選擇、裁剪和組合。

　　傳感器

　　無人機導(dǎo)航飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括角速度率傳感器、姿態(tài)傳感器、位置傳感器、迎角側(cè)滑傳感器、加速度傳感器、高度傳感器及空速傳感器等，這些傳感器構(gòu)成無人機導(dǎo)航飛控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。

　　1.角速度傳感器

　　角速度傳感器是飛行控制系統(tǒng)的基本傳感器之一，用于感受無人機繞機體軸的轉(zhuǎn)動角速率，以構(gòu)成角速度反饋，改善系統(tǒng)的阻尼特性、提高穩(wěn)定性。

　　角速度傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、帶寬等。

　　角速度傳感器應(yīng)安裝在無人機重心附件，安裝軸線與要感受的機體軸向平行，并特別注意極性的正確性。

　　2.姿態(tài)傳感器

　　姿態(tài)傳感器用于感受無人機的俯仰、轉(zhuǎn)動和航向角度，用于實現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定與航向控制功能。

　　姿態(tài)傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、動態(tài)特性等。

　　姿態(tài)傳感器應(yīng)安裝在無人機重心附近，振動要盡可能小，有較高的安裝精度要求。

　　3.高度、空速傳感器(大氣機)

　　高度、空速傳感器(大氣機)用于感受無人機的飛行高度和空速，是高度保持和空速保持的必備傳感器。一般和空速管、同期管路構(gòu)成大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

　　高度、空速傳感器(大氣機)的選擇主要考慮測量范圍和測量精度。一般要求其安裝在空速管附近，盡量縮短管路。

　　4.位置傳感器

　　位置傳感器用于感受無人機的位置，是飛行軌跡控制的必要前提。慣性導(dǎo)航設(shè)備、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機、磁航向傳感器是典型的位置傳感器。

　　位置傳感器的選擇一般要考慮與飛行時間相關(guān)的導(dǎo)航精度、成本和可用性等問題。

　　慣性導(dǎo)航設(shè)備有安裝位置和較高的安裝精度要求，GPS的安裝主要應(yīng)避免天線的遮擋問題。

　　磁航向傳感器要安裝在受鐵磁性物質(zhì)影響最小且相對固定的地方，安裝件應(yīng)采用非磁性材料制造。

　　飛控計算機

　　導(dǎo)航飛控計算機，簡稱飛控計算機，是導(dǎo)航飛控系統(tǒng)的核心部件，從無人機飛行控制的角度來看，飛控計算機應(yīng)具備如下功能：

　　(1)姿態(tài)穩(wěn)定與控制

　　(2)導(dǎo)航與制導(dǎo)控制

　　(3)自主飛行控制

　　(4)自動起飛、著陸控制。

　　1.飛控計算機類型

　　飛控計算機按照對信號的處理方式，主要分為模擬式。數(shù)據(jù)混合式和數(shù)字式、飛控計算機三種類型。

　　現(xiàn)今，隨著數(shù)學(xué)電路技術(shù)的發(fā)展，模擬式飛控計算機已基本被數(shù)字式飛控計算機取代，新研制的無人機飛控系統(tǒng)幾乎都采用了數(shù)字式飛控計算機。

　　2.飛控計算機余度

　　無人機沒有人身安全問題，因此會綜合考慮功能、任務(wù)可靠性要求和性能價格比來進(jìn)行余度配置設(shè)計。就飛控計算機而言，一般大、小型無人機都有哦余度設(shè)計，一些簡單的微、輕型無人機無單余度設(shè)計。

　　3.飛控計算機主要硬件構(gòu)成

　　(1)主處理控制器。主要有通用型處理器(MPU)、微處理器(MCU)、數(shù)字信號處理器(DSP)。隨著FPGA技術(shù)的發(fā)展，相當(dāng)多的主處理器FPGA和處理器組合成強大的主處理控制器。

　　(2)二次電源。二次電源是飛控計算機的一個關(guān)鍵部件。飛控計算機的二次電源一般為5V、±15V等直流電源電壓，而無人機的一次電源根據(jù)型號不同區(qū)別較大，要對一次電源進(jìn)行變換�，F(xiàn)在普遍使用集成開關(guān)電源模塊。

　　(3)模擬量輸入/輸出接口。模擬量輸入接口電路將各傳感器輸入的模擬量進(jìn)行信號調(diào)理、增益變換，模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換后，提供給微處理器進(jìn)行相應(yīng)處理。模擬信號一般可分為直流模擬信號和交流調(diào)制信號兩類。模擬量輸出接口電路用于將數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為伺服機構(gòu)能識別的模擬控制信號，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換、幅值變換和驅(qū)動電路。

　　(4)離散量接口。離散量輸出電路用于將飛控計算機內(nèi)部及外部的開關(guān)量信號變換為與微處理器工作電平兼容的信號。

　　(5)通信接口。用于將接收的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以讓主處理器讀取的數(shù)據(jù)或?qū)⒅魈幚砥饕l(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)。飛控計算機和傳感器之間可以通過RS232/RS422/ARINC429等總線方式通信，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，1553B總線等其他總線通信方式也將應(yīng)用到無人機系統(tǒng)中。

　　(6)余度管理。無人機余度類型飛控計算機多為雙余度配置。余度支持電路用于支持多余度機載計算機協(xié)調(diào)運行，包括：通道計算機間的信息交換電路，同步指示電路，通道故障邏輯綜合電路及故障切換電路。通道計算機間的信息交換電路是兩個通道飛控計算機之間進(jìn)行共享信息傳遞的信息通路。同步指示電路是同步運行的余度計算機之間相互同步的支持電路。通道故障邏輯綜合電路將軟件監(jiān)控和硬件監(jiān)控電路的監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行綜合，它的輸出用于故障切換和故障指示。

　　(7)加溫電路。常用工作環(huán)境超出工業(yè)品級溫度范圍的飛控計算機當(dāng)中，以滿足加溫電路所需功率和加溫方式的需求。

　　(8)檢測接口。飛控計算機應(yīng)留有合適的接口，方便與一線檢測設(shè)備、二線檢測設(shè)備連接。

　　(9)飛控計算機機箱。它直接影響計算機抗惡劣環(huán)境的能力以及可靠性、可維護(hù)性、使用壽命。

　　4.機載飛控軟件

　　機載導(dǎo)航飛控軟件，簡稱機載飛控軟件，是一種運行于飛控計算機上的嵌入式實時任務(wù)軟件。它不僅要具有功能正確、性能好、效率高的特點，而且要具有較好的質(zhì)量保證、可靠性和可維護(hù)性。

　　機載非空軟件按功能可以劃分成如下功能模塊：

　　(1)硬件接口驅(qū)動模塊;

　　(2)傳感器數(shù)據(jù)處理模塊;

　　(3)飛行控制律模塊;

　　(4)導(dǎo)航與制導(dǎo)模塊;

　　(5)飛行任務(wù)管理模塊

　　(6)任務(wù)設(shè)備管理模塊;