無人機飛控系統(tǒng)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-17
無人機飛控系統(tǒng)的實例教程
基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的無人機飛控系統(tǒng)軟件設(shè)計
史峰，何立明，馬曉峰，史中正
摘要：針對以往飛控系統(tǒng)軟件中代碼多，可靠性、實時性差，不具通用性等缺點，采用uC/OS-II操作系統(tǒng)設(shè)計無人機飛控軟件，利用操作系統(tǒng)來進(jìn)行軟件中各任務(wù)的實時調(diào)度和通信。通過地面測試和空中試驗表明：該軟件系統(tǒng)具有可靠性高、實時性強等優(yōu)點， 滿足飛控系統(tǒng)軟件設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：飛控系統(tǒng); uC/OS-II；優(yōu)先級劃分；調(diào)度與通信
0、引言
無人機飛行控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多任務(wù)系統(tǒng), 要求不僅能夠與地面控制站雙向通信、采集傳感器數(shù)據(jù)、進(jìn)行飛控/導(dǎo)航計算、驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等, 還要求可靠性高、實時性強。傳統(tǒng)的飛控系統(tǒng)軟件大多按預(yù)先設(shè)定的順序循環(huán)執(zhí)行, 具有代碼多，可靠性、實時性差， 不具備通用性等缺點。
針對以上缺點，本文采用uC/OS-II操作系統(tǒng)開發(fā)無人機飛控軟件, 將復(fù)雜的處理任務(wù)交給操作系統(tǒng)進(jìn)行實時調(diào)度，滿足無人機飛控系統(tǒng)實時、多任務(wù)的要求。
展開 以前，搞無人機的十個人有八個是航空、氣動、機械出身，更多考慮的是如何讓飛機穩(wěn)定飛起來、飛得更快、飛得更高。
如今，隨著芯片、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，無人機開始了智能化、終端化、集群化的趨勢，大批自動化、機械電子、信息工程、微電子的專業(yè)人材投入到了無人機研發(fā)大潮中，幾年的時間讓無人機從遠(yuǎn)離人們視野的軍事應(yīng)用飛入了尋常百姓家、讓門外漢可以短暫的學(xué)習(xí)也能穩(wěn)定可靠的飛行娛樂。
不可否認(rèn)，飛控技術(shù)的發(fā)展是這十年無人機變化的最大推手。
飛控是什么？
飛行控制系統(tǒng)（Flight control system）簡稱飛控，可以看作飛行器的大腦。
多軸飛行器的飛行、懸停、姿態(tài)變化等等，都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳回飛控，再由飛控通過運算和判斷下達(dá)指令，由執(zhí)行機構(gòu)完成動作和飛行姿態(tài)調(diào)整。
”控“可以理解成無人機的CPU系統(tǒng)，是無人機的核心部件，其功能主要是發(fā)送各種指令，并且處理各部件傳回的數(shù)據(jù)。類似于人體的大腦，對身體各個部位發(fā)送指令，并且接收各部件傳回的信息，運算后發(fā)出新的指令。
例如，大腦指揮手去拿一杯水，手觸碰到杯壁后，因為水太燙而縮回，并且將此信息傳回給大腦，大腦會根據(jù)實際情況重新發(fā)送新的指令。
無人機的飛行原理及控制方法（以四旋翼無人機為例）
四旋翼無人機一般是由檢測模塊，控制模塊，執(zhí)行模塊以及供電模塊組成。
檢測模塊實現(xiàn)對當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行量測；執(zhí)行模塊則是對當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行解算，優(yōu)化控制，并對執(zhí)行模塊產(chǎn)生相對應(yīng)的控制量；供電模塊對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電。
四旋翼無人機機身是由對稱的十字形剛體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，材料多采用質(zhì)量輕、強度高的碳素纖維。
展開 以前，搞無人機的十個人有八個是航空、氣動、機械出身，更多考慮的是如何讓飛機穩(wěn)定飛起來、飛得更快、飛得更高。
如今，隨著芯片、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，無人機開始了智能化、終端化、集群化的趨勢，大批自動化、機械電子、信息工程、微電子的專業(yè)人材投入到了無人機研發(fā)大潮中，幾年的時間讓無人機從遠(yuǎn)離人們視野的軍事應(yīng)用飛入了尋常百姓家、讓門外漢可以短暫的學(xué)習(xí)也能穩(wěn)定可靠的飛行娛樂。
不可否認(rèn)，飛控技術(shù)的發(fā)展是這十年無人機變化的最大推手。
飛控是什么？
飛行控制系統(tǒng)（Flight control system）簡稱飛控，可以看作飛行器的大腦。
多軸飛行器的飛行、懸停、姿態(tài)變化等等，都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳回飛控，再由飛控通過運算和判斷下達(dá)指令，由執(zhí)行機構(gòu)完成動作和飛行姿態(tài)調(diào)整。
”控“可以理解成無人機的CPU系統(tǒng)，是無人機的核心部件，其功能主要是發(fā)送各種指令，并且處理各部件傳回的數(shù)據(jù)。類似于人體的大腦，對身體各個部位發(fā)送指令，并且接收各部件傳回的信息，運算后發(fā)出新的指令。
例如，大腦指揮手去拿一杯水，手觸碰到杯壁后，因為水太燙而縮回，并且將此信息傳回給大腦，大腦會根據(jù)實際情況重新發(fā)送新的指令。
無人機的飛行原理及控制方法（以四旋翼無人機為例）
四旋翼無人機一般是由檢測模塊，控制模塊，執(zhí)行模塊以及供電模塊組成。
檢測模塊實現(xiàn)對當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行量測；執(zhí)行模塊則是對當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行解算，優(yōu)化控制，并對執(zhí)行模塊產(chǎn)生相對應(yīng)的控制量；供電模塊對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電。
四旋翼無人機機身是由對稱的十字形剛體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，材料多采用質(zhì)量輕、強度高的碳素纖維。
展開 目前主流的幾款開源飛控中，無一例外的都是采用PID控制算法來實現(xiàn)無人機的姿態(tài)和軌跡控制。
PID里的P是Proportion的首字線，是比例的意思，I是Integral的首字線，是積分的意思，D是Differential的首字母，是微分的意思。
那么PID控制器算法能解決什么問題呢？
以多旋翼為例，在沒有控制系統(tǒng)的情況下，直接用信號驅(qū)動電機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生控制力，會出現(xiàn)動態(tài)響應(yīng)太快，或者太慢，或者控制過沖或者不足的現(xiàn)象，多旋翼根本無法順利完成起飛和懸停動作。為了解決這些問題，就需要在控制系統(tǒng)回路中加入PID控制器算法。在姿態(tài)信息和螺旋槳轉(zhuǎn)速之間建立比例、積分和微分的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)各個環(huán)節(jié)的參數(shù)大小，使多旋翼系統(tǒng)控制達(dá)到動態(tài)響應(yīng)迅速、既不過沖、也不欠缺的現(xiàn)象。
*本文作者系民用無人機公眾號，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除
展開 <p><span style="color: rgb(34, 34, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);">尋找無人機飛控算法、應(yīng)用開發(fā)方面專家或?qū)I(yè)人員，共同探討將現(xiàn)有開發(fā)平臺通用芯片轉(zhuǎn)化成基于飛控算法專用芯片的可能。探討內(nèi)容不僅限于數(shù)據(jù)存儲、外部通訊、驅(qū)動程序、飛行控制、消息總線等。有興趣者可私信聯(lián)系。</span></p>
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無人機飛控系統(tǒng)的最新內(nèi)容
展會核心信息
舉辦時間：2026 年 11 月 9 日 —11 日
舉辦地點：沙特利雅得國際會展中心
展會定位：中東無人機技術(shù)展示、采購對接、商業(yè)合作、品牌推廣的一站式核心平臺
展品范圍：覆蓋無人機整機、飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備、動力系統(tǒng)、云臺相機、載荷設(shè)備、反無人機系統(tǒng)、零部件、行業(yè)解決方案、模擬訓(xùn)練系統(tǒng)等全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品
展會核心價值
1.直面核心采購方
精準(zhǔn)視覺輔助降落：地面充電平臺集成了多種引導(dǎo)技術(shù)（如視覺標(biāo)識、紅外或藍(lán)牙輔助），與無人機的飛控系統(tǒng)協(xié)同工作，引導(dǎo)無人機實現(xiàn)厘米級的精準(zhǔn)降落，確保收發(fā)線圈最佳對準(zhǔn)。
3. 強大的環(huán)境適應(yīng)性：地面平臺采用堅固外殼與高防護等級（IP54起步，可根據(jù)要求定制更高），能抵御日曬、雨淋、風(fēng)沙侵襲。機載模組則經(jīng)過嚴(yán)格的輕量化設(shè)計，對無人機的續(xù)航和載荷影響降至最低。
4.
<p><strong>0 引言</strong></p><p>在科技技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，無人機的應(yīng)用可謂前景大好，不論在軍事還是民用領(lǐng)域，無人機都發(fā)揮著極其重要的作用。文獻(xiàn)[1]指出固定翼無人機憑借其較快的速度在偵察，探索等方面有很廣泛的應(yīng)用。但由于其起飛滑跑[2]時對場地要求比較高，對于一些沒有起飛條件的情況如災(zāi)后救援，體育賽事，演唱會等將無法發(fā)揮作用，限制了其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。文獻(xiàn)[3]指出在民用無人機領(lǐng)域
<p><span style="color: rgb(34, 34, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);">尋找無人機飛控算法、應(yīng)用開發(fā)方面專家或?qū)I(yè)人員，共同探討將現(xiàn)有開發(fā)平臺通用芯片轉(zhuǎn)化成基于飛控算法專用芯片的可能。探討內(nèi)容不僅限于數(shù)據(jù)存儲、外部通訊、驅(qū)動程序、飛行控制、消息總線等。有興趣者可私信聯(lián)系。</span></p>
近日，深圳市無人機行業(yè)協(xié)會正式發(fā)布由優(yōu)飛迪科技（以下簡稱我司）參與制定的《無人機數(shù)字孿生系統(tǒng)通用要求》等三項團體標(biāo)準(zhǔn)，并下發(fā)了相關(guān)通知。
通知部分內(nèi)容摘錄如下：
“各會員單位：
為促進(jìn)無人機技術(shù)創(chuàng)新，推動低空經(jīng)濟發(fā)展，提升市場競爭力。工業(yè)和信息化部電子第五研究所、深圳市無人機行業(yè)協(xié)會、廣西科技大學(xué)、
對于像無人機飛控系統(tǒng)這樣對實時性要求非常高的對象而言，能否達(dá)到控制效果是個問題。在這樣的平臺上進(jìn)行實時仿真試驗，如果試驗效果不太理想，很難說明到底是因為算法結(jié)構(gòu)或參數(shù)設(shè)計不當(dāng)?shù)脑颍€是因為該平臺實時性達(dá)不到要求的原因。
2022年12月8日，美國猶他州杜格威試驗場，通用原子公司首次嘗試從增程型“灰鷹”無人機翼下發(fā)射“伊格特”（Eaglet）無人機。這是這款小型無人機的首次試飛。
“伊格特”無人機首飛
隨著物質(zhì)生活水平的逐漸提高，越來越多先進(jìn)的科技產(chǎn)品變成了人們的玩具。無人機因其便捷的使用方式和強大的功能由電驅(qū)動，通過多旋翼獲得升力飛行，機載高清攝像頭可以用于航拍、地理測繪等多種用途無疑成為了年輕一代的青睞。
與此發(fā)展的同時危機也伴隨而，無人機卻總是因為安全性問題，不合時宜地出現(xiàn)在各種社會新聞里。在科技的更新和技術(shù)的進(jìn)步，人機想要繼續(xù)發(fā)展，除了續(xù)航、功能進(jìn)步之外，安全性也是不可小覷的方面
針對GPS/北斗的電磁干擾和無線電通信頻段干擾事件頻發(fā)，嚴(yán)重威脅民航和各類用戶的安全。通常手段為采用移動監(jiān)測測向車、攜帶便攜式監(jiān)測測向設(shè)備進(jìn)行大范圍的排查，耗時耗力，效率低。
為了解決傳統(tǒng)頻譜偵測車存在的諸多不足和應(yīng)用瓶頸
以色列國防部宣布，以色列首次測試了一種新型激光導(dǎo)彈防御系統(tǒng)“鐵束”（Iron Beam），該系統(tǒng)成功攔截了無人機、反坦克導(dǎo)彈、迫擊炮彈和火箭彈等空中目標(biāo)。
“鐵束”系統(tǒng)是由拉斐爾先進(jìn)防御系統(tǒng)公司（the Rafael Advanced Defense Systems）開發(fā)的，使用了定向能武器系統(tǒng)，未來在加強以色列空中防御方面將大有作為。
以色列總理納夫塔利·貝內(nèi)特(Naftali Bennett
