飛控基本知識

飛控基本知識

　　關于導航飛控系統是無人機的關鍵核心系統之一。它在部分情況下，按具體功能又可劃分為導航子系統和飛控子系統兩部分。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。

　　定義：

　　導航飛控系統是無人機的關鍵核心系統之一。它在部分情況下，按具體功能又可劃分為導航子系統和飛控子系統兩部分。

　　導航子系統的功能是向無人機提供相對于所選定的參考坐標系的位置、速度、飛行姿態、引導無人機沿指定航線安全、準時、準確地飛行。完善的無人機導航子系統具有以下功能：

　　(1)獲得必要的導航要素，包括高度、速度、姿態、航向;

　　(2)給出滿足精度要求的定位信息，包括經度、緯度;

　　(3)引導飛機按規定計劃飛行;

　　(4)接收預定任務航線計劃的裝定，并對任務航線的執行進行動態管理;

　　(5)接收控制站的導航模式控制指令并執行，具有指令導航模式與預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備的輔助導航定位信息的能力;

　　(7)配合其他系統完成各種任務

　　飛控子系統是無人機完成起飛、空中飛行、執行任務、返廠回收等整個飛行過程的核心系統，對無人機實現全權控制與管理，因此飛控子系統之于無人機相當于駕駛員之于有人機，是無人機執行任務的關鍵。飛控子系統主要具有如下功能：

　　(1)無人機姿態穩定與控制;

　　(2)與導航子系統協調完成航跡控制;

　　(3)無人機起飛(發射)與著陸(回收)控制;

　　(4)無人機飛行管理;

　　(5)無人機任務設備管理與控制;

　　(6)應急控制;

　　(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所必須具備的功能，而其他項則不是每一種飛行控制系統都具備的，也不是每一種無人機都需要的，根據具體無人機的種類和型號可進行選擇、裁剪和組合。

　　傳感器

　　無人機導航飛控系統常用的傳感器包括角速度率傳感器、姿態傳感器、位置傳感器、迎角側滑傳感器、加速度傳感器、高度傳感器及空速傳感器等，這些傳感器構成無人機導航飛控系統設計的基礎。

　　1.角速度傳感器

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

　　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.姿態傳感器

　　姿態傳感器用于感受無人機的俯仰、轉動和航向角度，用于實現姿態穩定與航向控制功能。

　　姿態傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、動態特性等。

　　姿態傳感器應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、同期管路構成大氣數據系統。

　　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。慣性導航設備、GPS衛星導航接收機、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的導航精度、成本和可用性等問題。

　　慣性導航設備有安裝位置和較高的安裝精度要求，GPS的安裝主要應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影響最小且相對固定的地方，安裝件應采用非磁性材料制造。

　　飛控計算機

　　導航飛控計算機，簡稱飛控計算機，是導航飛控系統的核心部件，從無人機飛行控制的角度來看，飛控計算機應具備如下功能：

　　(1)姿態穩定與控制

　　(2)導航與制導控制

　　(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。數據混合式和數字式、飛控計算機三種類型。

　　現今，隨著數學電路技術的發展，模擬式飛控計算機已基本被數字式飛控計算機取代，新研制的無人機飛控系統幾乎都采用了數字式飛控計算機。

　　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、任務可靠性要求和性能價格比來進行余度配置設計。就飛控計算機而言，一般大、小型無人機都有哦余度設計，一些簡單的微、輕型無人機無單余度設計。

　　3.飛控計算機主要硬件構成

　　(1)主處理控制器。主要有通用型處理器(MPU)、微處理器(MCU)、數字信號處理器(DSP)。隨著FPGA技術的發展，相當多的主處理器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型號不同區別較大，要對一次電源進行變換。現在普遍使用集成開關電源模塊。

　　(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行信號調理、增益變換，模/數(A/D)轉換后，提供給微處理器進行相應處理。模擬信號一般可分為直流模擬信號和交流調制信號兩類。模擬量輸出接口電路用于將數字控制信號轉換為伺服機構能識別的模擬控制信號，包括模/數轉換、幅值變換和驅動電路。

　　(4)離散量接口。離散量輸出電路用于將飛控計算機內部及外部的開關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據轉換為可以讓主處理器讀取的數據或將主處理器要發送的數據轉換為相應的數據。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，隨著技術的不斷發展，1553B總線等其他總線通信方式也將應用到無人機系統中。

　　(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調運行，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控和硬件監控電路的監控結果進行綜合，它的輸出用于故障切換和故障指示。

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

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

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

　　4.機載飛控軟件

　　機載導航飛控軟件，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量保證、可靠性和可維護性。

　　機載非空軟件按功能可以劃分成如下功能模塊：

　　(1)硬件接口驅動模塊;

　　(2)傳感器數據處理模塊;

　　(3)飛行控制律模塊;

　　(4)導航與制導模塊;

　　(5)飛行任務管理模塊

　　(6)任務設備管理模塊;

　　(7)余度管理模塊;

　　(8)數據傳輸、記錄模塊

　　(9)自檢測模塊

　　(10)其他模塊。

　　5.飛控計算機自檢測

　　飛控計算機自檢測模塊(BIT)提供故障檢測、定位和隔離的功能。BIT按功能不同又分為維護自檢測(MBIT)、加電起動自檢測(PUBIT)、飛行前自檢測(PBIT)、飛行中自檢測(IFBIT)。

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