В настоящее время, с развитием чипов, искусственного интеллекта и технологий больших данных, БПЛА начали развиваться в направлении интеллекта, терминалов и кластеризации. В исследования и разработку БПЛА было вложено большое количество профессиональных талантов в области автоматизации, механики, электроники, информационной инженерии и микроэлектроники. За несколько лет БПЛА проделали путь от военных применений, далеких от людских представлений, до домов обычных людей. Неоспоримо, что развитие технологии управления полетом - это самая большая движущая сила изменений в БПЛА в этом десятилетии.
Управление полетом - это аббревиатура системы управления полетом, которую можно рассматривать как мозг летательного аппарата. Система управления полетом в основном используется для управления ориентацией и навигацией. Для управления полетом необходимо знать текущее состояние летательного аппарата, такое как трехмерное положение, трехмерная скорость, трехмерное ускорение, трехосевой угол и трехосевая угловая скорость. Всего существует 15 состояний. В современных системах управления полетом используется IMU, также известный как инерциальный измерительный блок, состоящий из трехосевого гироскопа, трехосевого акселерометра, трехосевого геомагнитного датчика и барометра. Что же такое трехосевой гироскоп, трехосевой акселерометр, трехосевой геомагнитный датчик и барометр? Какую роль они играют в летательном аппарате? Что такое три оси?
Три оси трехосевого гироскопа, трехосевого акселерометра и трехосевого геомагнитного датчика относятся к левому и правому направлениям самолета, а также к вертикали вверх и вниз в переднем и заднем направлениях, которые в общем случае представлены в виде XYZ. Левое и правое направления в самолете называются креном, переднее и заднее направления в самолете - тангажом, а вертикальное направление - осью Z. Гироскопу трудно стоять на земле, когда он не вращается. Только когда он вращается, он будет стоять на земле. Это и есть гироскопический эффект. В соответствии с гироскопическим эффектом умные люди изобрели гироскоп. Самый ранний гироскоп представлял собой быстро вращающийся гироскоп, который был закреплен в раме с помощью трех гибких осей. Как бы ни вращалась внешняя рамка, высокоскоростной вращающийся гироскоп в центре всегда сохранял позу. Данные, такие как степень вращения внешней рамы, могут быть вычислены с помощью датчиков на трех осях.
Из-за высокой стоимости и сложной механической конструкции на смену им пришли электронные гироскопы. Преимущества электронного гироскопа - низкая стоимость, малые габариты и малый вес, всего несколько граммов, а его стабильность и точность выше, чем у механического гироскопа. Говоря об этом, вы поймете роль гироскопа в управлении полетом. Он используется для измерения наклона трех осей XYZ.
А что же делает трехосевой акселерометр? Только что было сказано, что трехосевой гироскоп - это три оси XYZ. Теперь само собой разумеется, что трехосевой акселерометр также является тремя осями XYZ. Когда мы начинаем движение, мы чувствуем за собой тягу. Эта тяга и есть ускорение. Ускорение - это отношение изменения скорости к времени возникновения этого изменения. Это физическая величина, характеризующая скорость изменения объекта. Каждая секунда - сила метра. Например, когда автомобиль остановлен, его ускорение равно 0. После запуска он проходит за 10 секунд путь от 0 до 10 метров в секунду. Это и есть ускорение автомобиля, Если автомобиль движется со скоростью 10 метров в секунду, то его ускорение равно 0. Аналогично, если он замедляется в течение 10 секунд, с 10 метров в секунду до 5 метров в секунду, то его ускорение отрицательно. Трехосевой акселерометр используется для измерения ускорения по трем осям самолета XYZ.
В повседневных путешествиях мы ориентируемся на ориентиры или по памяти определяем направление движения. Геомагнитный датчик представляет собой электронный компас. С его помощью самолет может узнать направление полета, направление носа, а также найти положение миссии и дома. Барометр служит для измерения атмосферного давления в текущем положении. Известно, что чем больше высота, тем ниже давление. Именно поэтому после прибытия на плато у людей возникает реакция плато. Барометр получает текущую высоту, измеряя давление в разных точках и вычисляя разность давлений. Это и есть весь инерциальный измерительный блок IMU. В самолете он играет роль датчика изменения ориентации самолета, например, наклоняется ли он в данный момент вперед или влево и вправо, Какова роль самых основных данных об ориентации, таких как ориентация носа и высота, в управлении полетом?
Самая основная функция управления полетом - контроль баланса самолета при полете в воздухе, который измеряется IMU, ощущает текущие данные о наклоне самолета и компилирует их в электронный сигнал через компилятор. По новому времени сигнал передается на микроконтроллер внутри системы управления полетом. Микроконтроллер отвечает за расчет. В соответствии с текущими данными самолета он рассчитывает направление и угол компенсации, а затем компилирует данные компенсации в электронный сигнал, который передается на рулевой механизм или двигатель. Двигатель или рулевой механизм выполняет команду на завершение компенсационного действия. Затем датчик определяет, что самолет устойчив, и снова посылает данные в реальном времени на микроконтроллер. Микроконтроллер прекращает подачу сигнала компенсации, что формирует цикл. Большинство систем управления полетом, по сути, представляют собой внутренние циклы 10HZ, то есть 10 обновлений в секунду.
Это самая базовая функция применения IMU в системе управления полетом. Без этой функции при изменении угла наклона самолет быстро потеряет равновесие и произойдет авария.
MEMS IMU GSY-MIMU-03 и GSY-MIMU-04, GSY-MIMU-07 и GSY-MIMU-08 компании Join Sunny имеют встроенные высокоточные гироскопы MEMS и высокопроизводительные акселерометры, которые могут измерять линейное ускорение и угловую скорость вращения с трех направлений, а также получать информацию об ориентации, скорости и перемещении носителя путем анализа. Они специально разработаны для высокопроизводительных приложений инерциальной навигационной аппаратуры, например, для управления полетом БПЛА. Обеспечивают превосходную стабильность в диапазоне температур от - 45°С до 80°С. Усовершенствованная конструкция гироскопа подавляет эффект линейного ускорения от ударов и вибраций, что позволяет GSY-MIMU-04, GSY-MIMU-07 и GSY-MIMU-08 работать в жестких условиях эксплуатации.
Помимо применения МЭМС-продукции ERICCO в БПЛА, растет ее популярность в нефтебурении, горнодобывающей промышленности и на других прикладных рынках. МЭМС-технологии превращаются в огромную индустрию. Как и те большие изменения, которые принесла человечеству микроэлектроника и компьютерная индустрия за последние 20 лет, МЭМС также породила глубокие технологические изменения, которые оказали новый виток влияния на человеческое общество.