无人机小课堂（十三）飞控系统概述

飞行控制系统简称飞控系统，是控制无人机飞行姿态和运动方向的部件，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务、返场回收等整个飞行过程的核心系统，也称为自动驾驶仪（自驾），这也是无人机区别于航模的根本原因之一。实际上，无人机的飞控系统就相当于有人机的驾驶员，是无人机执行任务的关键。

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飞控系统的基本功能

1.控制

解决“怎么飞”的问题。根据任务，通过算法计算出控制量，输出给电调，进而控制电机转速，进而实现姿态控制，这是飞控系统要做的首要事情。

2.定位

解决“在哪儿”的问题。充分发挥飞控系统中各种传感器的功能，综合分析判断得到准确的位置和姿态信息。

3.导航

解决“去哪儿”的问题。飞行操控人员或者地面站操控无人机进行飞行，进而实现航迹控制。

飞控系统的构成

飞控系统一般由传感器、机载计算机和执行机构三大部分，如图所示。当某种干扰使无人机偏离原有姿态时，传感器检测出姿态的变化，计算机算出需要的修正偏量，执行机构将控制面操纵到所需位置。

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传感器

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无人机飞控系统常用的传感器包括陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、超声波传感器及 GPS 模块等，这些传感器构成无人机飞控系统设计的基础。各传感器基本功能如下：

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惯性测量单元（IMU） 包括加速度计、陀螺仪和磁力计，主要得到无人机的姿态信息。常用的有6轴、9轴和10轴三种，6轴IMU包含三轴加速度计和三轴陀螺仪，9轴IMU是包含了三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，而10轴IMU则是在9轴IMU基础上加上气压计构成。

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惯性测量单元（IMU）

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加速度计

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陀螺仪

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磁力计

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高度测量单元 包括气压传感器（简称气压计）和超声传感器。气压计测量得到绝对高度信息，而超声传感器测量得到相对高度信息，可实现悬停高度控制或避障。

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气压传感器

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超声传感器

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全球定位系统（GPS）包含GPS模块和指南针模块，用于精确确定飞行器的方向及经纬度。对于失控保护自动返航，精准定位悬停等功能的实现至关重要。

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机载计算机

机载计算机是飞控系统的核心部件，是算法计算平台，由硬件和软件组成。

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硬件也就是电路板，由主处理控制器（常用的有通用型处理器（MPU）、微处理器（MCU）、数字信号处理器（DSP）及可编程门阵列（FPGA）、二次电源（5V、±15V 等直流电源）、模拟量输入/输出接口、离散量接口、通信接口（RS232/RS422/RS485、ARINC429和 1553B 总线）、余度管理（信息交换电路、同步指示电路、通道故障逻辑综合电路及故障切换电路）、加温电路、检测接口等组成。

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软件也就是飞控程序，是一种运行于计算机上的嵌入式实时任务软件，不仅要求功能正确、性能好、效率高，而且要求其具有较好的质量保证、可靠性和可维护性。主要模块有硬件接口驱动模块、传感器数据处理模块、飞行控制律模块、导航与制导律模块、飞行任务管理模块、任务设备管理模块、余度管理模块、数据传输和记录模块、自检测模块等。

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机载计算机

执行机构

无人机执行机构都是伺服作动设备，是飞控系统的重要组成部分。其主要功能是根据计算机的指令，按规定的静态和动态要求，通过对无人机各控制面和发动机油门的控制，实现对无人机的飞行控制。执行机构主要包括电调、电机、舵机等。

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