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  • 详述无人机飞控的来龙去脉 核心技术被国产掌握了

  • 发布时间:2018-07-24 06:21 |来源: 风漂娱乐
10 年前说自己是搞无人机的,无不引来疑惑和赞叹的目光,「疑」的是大家心目中「好莱坞大片」、「特种部队」、「高科技」这样的事你一个二十啷当岁的小伙也能干?「赞」的是能听我科普两句无人机瞬间也觉得自己高大上了许多。

  10 年后的今天说自己干无人机事业,连老妈也皮笑肉不笑地说「也挺好,隔壁王大爷外孙子昨天还在楼下飞呢」。更委屈的是搞了一辈子军用无人机的工程师们,最怕家庭聚会上被问「能给你大侄子弄一个玩玩么?」「下个月你表弟结婚,咱搞个航拍怎么样?」

  就这样的十年,「无人机」从一个著名高大上词语变成了一个家喻户晓的常用词,背后是技术的快速迭代、资本的迅速涌入、专家的过渡解读以及国人的新事物的迫切渴望。其含义及包括了国外通常所讲的「UAV」也包括「Drone」。

详述无人机飞控的来龙去脉 核心技术被国产掌握了

  老美对「无人机」的理解基本停留在「Drone」这个词上——「在周围嗡嗡响」、「不错的玩具」、「不能随便乱飞」、「航模」,技术成熟度高、对智能性、可靠性要求相对较低。「UAV」在国外则更多用在军用、警用、特种行业应用的无人机上,系统更复杂,对可靠性、智能性要求相对更高。

  无人机多种多样,今天主要跟大家掰扯掰扯垂直起降无人机飞控那点事,后面所说的无人机也主要指单旋翼、多旋翼、垂直起降固定翼等这类具有垂直起降功能的无人机(毕竟这类量大、用的多嘛)。鉴于避免广告嫌疑,本文均不提及任何公司和具体团队。

  「让选择不再左右为难」——飞控的来龙去脉及选型指南

  10 年以前,搞无人机的十个人有八个是航空、气动、机械出身,更多考虑的是如何让飞机稳定飞起来、飞得更快、飞得更高。如今,随着芯片、人工智能、大数据技术的发展,无人机开始了智能化、终端化、集群化的趋势,一大批毕业于自动化、机械电子、信息工程、微电子的高材生们投入到了无人机研发大潮中,几年的时间让无人机从远离人们视野的军事应用飞入了寻常百姓家、让门外汉可以短暂的学习也能稳定可靠的飞行娱乐。不可否认,飞控技术的发展是这十年无人机变化的最大推手。

  回顾历史,飞控技术发展分为两大流派、三种起源。

  先表一表以苏俄、欧美为代表的两种技术体系。高技术的发展最初都源于军事,飞控的发展更不例外,一战、二战再到伊拉克战争,无论是苏俄还是欧美国家,都相继开始了有人飞机的无人化改造以及新研制无人机的工作。苏俄国家延承了载人机控制的研发技术体系直接转到了无人机,早期飞控硬件使用了战斗机的飞控计算机,控制算法一直使用分型模态分段辨识、建模、控制的方法。通俗来讲就是要通过吹风洞、机理建模等方法,知道飞行器在起飞、悬停、低速、中速、高速、降落等不同飞行状态下的参数,在不同状态设计相应控制器。飞行器飞行过程中不断切换控制方法或控制参数以保证飞行器处于理想状态。这种流派优势在于硬件经过长期飞行验证,控制算法在设计模态内系统稳定性可以有效理论证明;缺点在于硬件傻大笨粗且无法预测实际飞行过程中可以经历的所有飞行状态。

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  相比起苏俄直接使用了战斗机的技术体系,欧美则前瞻性地在上世纪中期开始布局了前沿技术的探索和积累(DARPA 就是各类计划的代表),支持研究机构、大学探索了很多新的无人机专用的飞控硬件和算法。这类项目一般以军工企业牵头、研究所负责演示验证、大学负责理论算法研究,组成的团队通过多年的中小型无人机的试飞试验,形成了以嵌入式计算机为硬件核心、以自适应控制为算法的飞控体系。

详述无人机飞控的来龙去脉 核心技术被国产掌握了

  其实欧美和苏俄的派系区别最大的就在这!欧美很大程度上放弃了传统的模态分段控制,无需再对不同飞行状态进行建模、参数辨识,而是采取了在线辨识,也就是说在飞行器飞行的过程中通过在线辨识理论方法,控制器自己判断自身所处的状态、参数等,根据这些信息响应切换不同的控制策略或控制参数。这种流派的优势在于系统体积小、重量轻,缩短了新型无人机的研发过程,智能型进一步增强;缺点在于需要较长时间的理论技术积累,且某种程度上无法证明全局系统稳定性。但无论怎样,飞控的发展成为了重要的使能技术之一,让美国的军用无人机一跃成为世界领先,其他国家也纷纷效仿。

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