微小型無人機(jī)全姿態(tài)增穩(wěn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1)橫側(cè)向控制通道：無人機(jī)的橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)即無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)和偏航運(yùn)動(dòng)，主要通過副翼通道來實(shí)現(xiàn)。在橫側(cè)向控制通道中有滾轉(zhuǎn)角反饋和滾轉(zhuǎn)角速率反饋，這兩項(xiàng)構(gòu)成了滾轉(zhuǎn)通道的核心回路――內(nèi)回路。另外，航向偏差反饋只有在無人機(jī)作定向直飛、航向跟蹤或者自主導(dǎo)航時(shí)才需要接人，以穩(wěn)定控制無人機(jī)的飛行航向；側(cè)偏距反饋僅當(dāng)無人機(jī)進(jìn)入自主導(dǎo)航時(shí)才需要接入，以控制無人機(jī)跟蹤預(yù)先設(shè)置的飛行航線；誤差積分反饋僅僅當(dāng)無人機(jī)做定向直飛時(shí)才接入，以消除無人機(jī)左右不對(duì)稱性等因素的影響，改善無人機(jī)航向控制的精度以及左右轉(zhuǎn)彎的對(duì)稱性。
(2)縱向控制通道：無人機(jī)的縱向運(yùn)動(dòng)即指無人機(jī)的俯仰及升降運(yùn)動(dòng)。無人機(jī)的縱向運(yùn)動(dòng)規(guī)律是通過操縱無人機(jī)的升降舵來實(shí)現(xiàn)的。在縱向控制通道中有俯仰角反饋和俯仰角速率反饋，這兩項(xiàng)構(gòu)成了縱向通道的核心控制回路――內(nèi)回路。另外，還有高度差反饋，只有在無人機(jī)做定高飛行時(shí)才需要接入，以穩(wěn)定無人機(jī)的飛行高度?？v向控制俯仰角通道的框圖如圖3所示。

通?？梢园褵o人機(jī)飛行過程劃分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的航段。一個(gè)最基本的自主飛行工程可以劃分為6個(gè)航段：起飛階段、出航平飛階段、轉(zhuǎn)彎階段、返航平飛階段、盤旋階段和著陸階段。每個(gè)航段的任務(wù)相對(duì)獨(dú)立，把各航段的復(fù)雜飛行狀態(tài)分解為幾個(gè)基本的飛行任務(wù)：平飛、轉(zhuǎn)彎、升降等。這樣通過相對(duì)獨(dú)立的縱向控制通道和橫側(cè)向控制通道來協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的平飛、轉(zhuǎn)彎、升降等基本飛行任務(wù)。

4 結(jié)語
在無人機(jī)中，飛控系統(tǒng)是主要組成部分，而姿態(tài)增穩(wěn)控制則是對(duì)無人機(jī)順利執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)的有效方法。本文以實(shí)際應(yīng)用為背景，詳細(xì)介紹了基于三軸陀螺和傾角傳感器構(gòu)成全姿態(tài)增穩(wěn)控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)及軟件設(shè)計(jì)，并將其運(yùn)用在某型無人機(jī)中，針對(duì)系統(tǒng)中飛行姿態(tài)控制的的流程和內(nèi)環(huán)姿態(tài)控制的規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究。經(jīng)過百余次試飛，基于三軸陀螺和傾角傳感器構(gòu)成的姿態(tài)增穩(wěn)控制系統(tǒng)，不僅滿足了現(xiàn)階段任務(wù)要求，還達(dá)到了良好的效果，為同類無人機(jī)的開發(fā)與研制提供了一套行之有效的方法。