无人机飞机控制与管理方式之研究

2022-09-11

随着我国航空业的不断发展与进步, 无人机的功能日益强大, 对于无人机的控制与管理要求也越来越高。无人机控制技术作为航空领域最重要的技术之一, 决定着无人机执行任务的效率, 目前已经由早期的遥控操作逐渐演变至具备一定自主能力的无人飞行系统, 而无人机的控制与管理则涉及到了多个重要环节, 包括对控制律的设计、系统与软件的开发设计和管理策略的规划等等。如何根据无人机的特性和系统结构来研究出最好的飞行控制与管理方式, 对无人机的发展势必会起到一定程度的推动作用, 更是当前针对无人机创新研制工作的重中之重。

一、无人机系统组成结构

无人机的飞行控制与管理系统由无人机控制与管理计算机、伺服作动子系统、地面操控系统、传感器子系统和显示终端共同组成。根据无人机执行任务的使命差异, 系统配置和功能要求也会有所不同, 继而导致不同的子系统又存在不同的设备组合。在整体的飞行控制与管理系统中, 各子系统之间彼此配合, 并以控制与管理计算机为核心, 对无人机在执行任务过程中采集到的信息进行收集整理、控制与导航结算等工作。

二、无人机系统功能体现

(一) 飞行控制功能

作为无人机系统的基本功能之一, 飞行控制功能通常包括对无人机在飞行过程中俯仰及翻转姿态的控制与稳定、飞行高度的控制与稳定、侧向偏离角度的控制与稳定、飞行速度的控制与稳定以及无人机爬升或下降的控制与稳定等。

由于无人机的操控系统属于具备一定自主能力的无人飞行系统, 且携带诸多高性能的侦查勘测设备, 因此, 无人机在飞行的过程中, 需要拥有一个相对稳定的操作平台, 对于无人机飞行轨迹的控制就显得尤为重要。

(二) 飞行管理功能

无人机的飞行管理功能主要是指对飞行任务的管理、遥控遥测管理、机载设备故障判断以及飞行性能管理。其中, 飞行任务的管理主要包括对于任务航线的规划、出航返航及巡航过程的整体控制;遥控遥测主要用于接收并处理在飞行控制中收集到的各种指令信息;机载设备的故障判断是指通过对无人机飞行过程中的自检测和模型监控等方式进行故障的检测, 同时也可以实时监测故障的发生;飞行性能的管理则是指通过对无人机速度、角度以及爬升率的控制, 使其达到最佳飞行模式, 从而获得最精准的信息数据。

(三) 任务设备控制管理

目前, 无人机的任务设备主要是指高清摄像机、合成孔径雷达、红外热像仪和集多种可见光于一体的光电侦察平台等。在无人机执行任务的时候, 需要对以上任务设备进行实时的监测与管理, 确保其工作状态的稳定。但由于无人机的遥控链路时常会受到一定程度的干扰, 尽快创新研究出一个自主性能较强的控制管理设备显得很有必要。

三、无人机飞机控制与管理关键技术分析

(一) 控制与管理软件的设计研发

尽管目前, 无人机的控制与管理已经实现了一定程度上的自主性, 但随着无人机搭载设备的增加和无人机功能的日益强大, 对于无人机设备的控制管理软件已经成为了影响无人机系统的性能和执行任务是否顺利的重要因素。

工作人员可以通过测试发现无人机控制管理软件的异常和不足, 从而对无人机的设计、实践环节进行重新的规划与改善, 严格按照工程要求进行, 最终逐步提高软件的质量和性能。

(二) 控制与管理的策略规划

无人机的飞行控制与管理方式主要表现为对于飞行过程中的判断与转换、控制状态的切换和搭载设备的故障监测与处理等。因此, 如何通过对无人机不同设备的控制与管理进行有序的协调组织, 从而形成一个有机互补的整体, 共同完成无人机的飞行作业就显得尤为重要。随着无人机技术的不断提升, 对无人机自主性的要求也不断提高, 这将导致针对无人机飞行控制与管理的策略更加复杂化, 同时也对无人机自身的性能发展有着重要的影响。

(三) 控制律的设计与应用

控制律的设计决定着无人机在飞行过程中是否安全, 同时也是我国目前在飞行控制领域的重点研究对象。传统的控制律主要为经典的根轨迹和频域设计方法, 后来演变至更加现代化的非线性设计。目前, 大部分的无人机控制律设计仅仅体现在对于基础的飞行控制操作中, 实现方案简单且安全可靠, 不足之处在于对要求较高的飞机模型是无法达到其目的的。因此, 针对一些较为复杂的飞行任务, 需要采用更为现代化的控制技术以及非线性的控制方案。

(四) 系统提升与仿真试验

由于无人机的控制律和控制管理策略时常会因为无人机的自身特性和任务要求而发生变化, 在飞行前进行系统仿真试验就变得十分必要。目前的系统仿真试验主要包括数字仿真和半物理仿真两个方面, 它们不但能够事先检验并实践出无人机的性能状况, 同时还能监测出各种不确定因素比如天气变化对无人机操控可能产生的影响, 从而为飞行过程中的参数范围提供参考依据, 提前控制参数范围, 降低无人机在执行飞行任务时的危险系数。此外, 仿真试验由于其具备较高的逼真性, 能够大大降低飞行过程中的风险, 节约成本, 对无人机的飞行与管理起着相当大的辅助作用。

四、总结与展望

综上所述, 无人机的控制与管理技术主要体现在对无人机的导航与控制功能上, 而作为无人机执行任务中的关键部分, 良好的飞行控制与管理方式能够有效地对无人机进行监测, 保障无人机顺利完成任务作业。随着无人机系统的自主性功能加强, 系统化标准程度的提高, 在无人机飞行控制与管理的方式中, 许多的搭载设备运行模块可以被做成通用的模块, 比如遥测数据的收集和指令处理等等, 这一点将大大提高无人机的工作效率, 降低运作成本。

相信在未来, 人类对于无人机飞行过程中的干预和影响程度会逐渐降低, 无人机的操控也将逐渐趋于智能化、网络化及系统化, 更加依赖于智能技术、感知技术和计算机处理技术等多项现代化先进技术实现更多突破性的发展。

摘要：本文首先介绍了无人机系统的主要组成结构, 并结合无人机的性能简要分析了无人机系统功能的价值体现, 阐述了现阶段无人机飞机控制与管理的若干关键技术点, 对未来无人机飞机控制与管理方式做出了展望, 提出无人机的操控将逐渐趋于智能化、网络化及系统化, 并依赖现代化先进技术实现更多突破性的发展。

关键词：无人机,飞机控制,管理方式,智能化