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飛控基本知識

航空培訓 閱讀(1.57W)

關於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。那麼,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於所選定的參考座標系的位置、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資訊,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,並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並執行,具有指令導航模式與預定航線飛航模式相互切換的功能;

(6)具有接收並融合無人機其他裝置的輔助導航定位資訊的能力;

(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繫統,對無人機實現全權控制與管理,因此飛控子系統之於無人機相當於駕駛員之於有人機,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)無人機任務裝置管理與控制;

(6)應急控制;

(7)資訊收集與傳遞。

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。

  感測器

無人機導航飛控系統常用的感測器包括角速度率感測器、姿態感測器、位置感測器、迎角側滑感測器、加速度感測器、高度感測器及空速感測器等,這些感測器構成無人機導航飛控系統設計的基礎。

  1.角速度感測器

角速度感測器是飛行控制系統的基本感測器之一,用於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。

角速度感測器的選擇要考慮其測量範圍、精度、輸出特性、頻寬等。

角速度感測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,並特別注意極性的正確性。

  2.姿態感測器

姿態感測器用於感受無人機的俯仰、轉動和航向角度,用於實現姿態穩定與航向控制功能。

姿態感測器的選擇要考慮其測量範圍、精度、輸出特性、動態特性等。

姿態感測器應安裝在無人機重心附近,振動要儘可能小,有較高的安裝精度要求。

  3.高度、空速感測器(大氣機)

高度、空速感測器(大氣機)用於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感測器。一般和空速管、同期管路構成大氣資料系統。

高度、空速感測器(大氣機)的選擇主要考慮測量範圍和測量精度。一般要求其安裝在空速管附近,儘量縮短管路。

  4.位置感測器

位置感測器用於感受無人機的位置,是飛行軌跡控制的必要前提。慣性導航裝置、GPS衛星導航接收機、磁航向感測器是典型的位置感測器。

位置感測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。

慣性導航裝置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。

磁航向感測器要安裝在受鐵磁性物質影響最小且相對固定的地方,安裝件應採用非磁性材料製造。

  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.飛控計算機型別

飛控計算機按照對訊號的處理方式,主要分為模擬式。資料混合式和數字式、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,新研製的無人機飛控系統幾乎都採用了數字式飛控計算機。

  2.飛控計算機餘度

無人機沒有人身安全問題,因此會綜合考慮功能、任務可靠性要求和效能價格比來進行餘度配置設計。就飛控計算機而言,一般大、小型無人機都有哦餘度設計,一些簡單的微、輕型無人機無單餘度設計。

  3.飛控計算機主要硬體構成

(1)主處理控制器。主要有通用型處理器(MPU)、微處理器(MCU)、數字訊號處理器(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。現在普遍使用整合開關電源模組。

(3)模擬量輸入/輸出介面。模擬量輸入介面電路將各感測器輸入的模擬量進行訊號調理、增益變換,模/數(A/D)轉換後,提供給微處理器進行相應處理。模擬訊號一般可分為直流模擬訊號和交流調製訊號兩類。模擬量輸出介面電路用於將數字控制訊號轉換為伺服機構能識別的模擬控制訊號,包括模/數轉換、幅值變換和驅動電路。

(4)離散量介面。離散量輸出電路用於將飛控計算機內部及外部的開關量訊號變換為與微處理器工作電平相容的訊號。

(5)通訊介面。用於將接收的序列資料轉換為可以讓主處理器讀取的資料或將主處理器要傳送的資料轉換為相應的資料。飛控計算機和感測器之間可以通過RS232/RS422/ARINC429等匯流排方式通訊,隨著技術的不斷髮展,1553B匯流排等其他匯流排通訊方式也將應用到無人機系統中。

(6)餘度管理。無人機餘度型別飛控計算機多為雙餘度配置。餘度支援電路用於支援多餘度機載計算機協調執行,包括:通道計算機間的資訊交換電路,同步指示電路,通道故障邏輯綜合電路及故障切換電路。通道計算機間的資訊交換電路是兩個通道飛控計算機之間進行共享資訊傳遞的資訊通路。同步指示電路是同步執行的餘度計算機之間相互同步的支援電路。通道故障邏輯綜合電路將軟體監控和硬體監控電路的監控結果進行綜合,它的輸出用於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範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)檢測介面。飛控計算機應留有合適的介面,方便與一線檢測裝置、二線檢測裝置連線。

(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.機載飛控軟體

機載導航飛控軟體,簡稱機載飛控軟體,是一種運行於飛控計算機上的嵌入式實時任務軟體。它不僅要具有功能正確、效能好、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。

機載非空軟體按功能可以劃分成如下功能模組:

(1)硬體介面驅動模組;

(2)感測器資料處理模組;

(3)飛行控制律模組;

(4)導航與制導模組;

(5)飛行任務管理模組

(6)任務裝置管理模組;

(7)餘度管理模組;

(8)資料傳輸、記錄模組

(9)自檢測模組

(10)其他模組。

  5.飛控計算機自檢測

飛控計算機自檢測模組(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)。