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以前，搞無人機(jī)的十個人有八個是航空、氣動、機(jī)械出身，更多考慮的是如何讓飛機(jī)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(jī)開始了智能化、終端化、集群化的趨勢，大批自動化、機(jī)械電子、信息工程、微電子的專業(yè)人材投入到了無人機(jī)研發(fā)大潮中，幾年的時間讓無人機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)完成動作和飛行姿態(tài)調(diào)整。

”控“可以理解成無人機(jī)的CPU系統(tǒng)，是無人機(jī)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(jī)的飛行原理及控制方法（以四旋翼無人機(jī)為例）

四旋翼無人機(jī)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(jī)機(jī)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(qiáng)度高的碳素纖維。

在十字形結(jié)構(gòu)的四個端點分別安裝一個由兩片槳葉組成的旋翼為飛行器提供飛行動力，每個旋翼均安裝在一個電機(jī)轉(zhuǎn)子上，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動狀態(tài)控制每個旋翼的轉(zhuǎn)速，來提供不同的升力以實現(xiàn)各種姿態(tài)；每個電機(jī)均又與電機(jī)驅(qū)動部件、中央控制單元相連接，通過中央控制單元提供的控制信號來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速大小；IMU慣性測量單元為中央控制單元提供姿態(tài)解算的數(shù)據(jù)，機(jī)身上的檢測模塊為無人機(jī)提供了解自身位姿情況最直接的數(shù)據(jù)，為四旋翼無人機(jī)最終實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的自主飛行提供了保障。

現(xiàn)將位于四旋翼機(jī)身同一對角線上的旋翼歸為一組，前后端的旋翼沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，從而可以產(chǎn)生順時針方向的扭矩；而左右端旋翼沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生逆時針方向的扭矩，如此四個旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的扭矩便可相互之間抵消掉。

由此可知，四旋翼飛行器的所有姿態(tài)和位置的控制都是通過調(diào)節(jié)四個驅(qū)動電機(jī)的速度實現(xiàn)的。

一般來說，四旋翼無人機(jī)的運動狀態(tài)主要分為懸停、垂直運動、滾動運動、俯仰運動以及偏航運動五種狀態(tài)。

懸停

懸停狀態(tài)是四旋翼無人機(jī)具有的一個顯著的特點。

在懸停狀態(tài)下，四個旋翼具有相等的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生的上升合力正好與自身重力相等，即。并且因為旋翼轉(zhuǎn)速大小相等，前后端轉(zhuǎn)速和左右端轉(zhuǎn)速方向相反，從而使得飛行器總扭矩為零，使得飛行器靜止在空中，實現(xiàn)懸停狀態(tài)。

垂直運動

垂直運動是五種運動狀態(tài)中較為簡單的一種，在保證四旋翼無人機(jī)每個旋轉(zhuǎn)速度大小相等的倩況下，同時對每個旋翼增加或減小大小相等的轉(zhuǎn)速，便可實現(xiàn)飛行器的垂直運動。

當(dāng)同時増加四個旋翼轉(zhuǎn)速時，使得旋翼產(chǎn)生的總升力大小超過四旋翼無人機(jī)的重力時，即，四旋翼無人機(jī)便會垂直上升；反之，當(dāng)同時減小旋翼轉(zhuǎn)速時，使得每個旋翼產(chǎn)生的總升力小于自身重力時，即，四旋翼無人機(jī)便會垂直下降，從而實現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的垂直升降控制。

翻滾運動

翻滾運動是在保持四旋翼無人機(jī)前后端旋翼轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變左右端的旋翼轉(zhuǎn)速，使得左右旋翼之間形成一定的升力差，從而使得沿飛行器機(jī)體左右對稱軸上產(chǎn)生一定力矩，導(dǎo)致在方向上產(chǎn)生角加速度實現(xiàn)控制的。

如圖所示，增加旋翼1的轉(zhuǎn)速，減小旋翼3的轉(zhuǎn)速，則飛行器傾斜于右側(cè)飛行；相反，減小旋翼４，增加旋翼２，則飛行器向左傾斜飛行。

俯仰運動

四旋翼飛行器的俯仰運動和滾動運動相似，是在保持機(jī)身左右端旋翼轉(zhuǎn)速不變的前提下，通過改變前后端旋翼轉(zhuǎn)速形成前后旋翼升力差，從而在機(jī)身前后端對稱軸上形成一定力矩，引起角方向上的角加速度實現(xiàn)控制的。

如圖所示，增加旋翼３的轉(zhuǎn)速，減小旋翼１的轉(zhuǎn)速，則飛行器向前傾斜飛行；反之，則飛行器向后傾斜。

偏航運動

四旋翼的偏轉(zhuǎn)運動是通過同時兩兩控制四個旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)控制的。

保持前后端或左右端旋翼轉(zhuǎn)速相同時，其便不會發(fā)生俯仰或滾動運動；而當(dāng)每組內(nèi)的兩個旋翼與另一組旋翼轉(zhuǎn)速不同時，由于兩組旋翼旋轉(zhuǎn)方向不同，便會導(dǎo)致反扭矩力的不平衡，此時便會產(chǎn)生繞機(jī)身中心軸的反作用力，引起沿角角加速度。

如圖所示，當(dāng)前后端旋翼的轉(zhuǎn)速相等并大于左右端旋翼轉(zhuǎn)速時，因為前者沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，后者相反，總的反扭矩沿逆時針方向，反作用力作用在機(jī)身中心軸上沿逆時針方向，引起逆時針偏航運動；反之，則會引起飛行器的順時針偏航運動。

綜上所述，四旋翼無人機(jī)的各個飛行狀態(tài)的控制是通過控制對稱的四個旋翼的轉(zhuǎn)速，形成相應(yīng)不同的運動組合實現(xiàn)的。