فلایت کنترلر از چه اجزایی تشکیل شده است؟

کنترلر پرواز مغز یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) است که معمولاً به عنوان پهپاد شناخته می شود. این یک جزء حیاتی است که تمام عملکردهای مربوط به پرواز پهپاد را مدیریت و کنترل می کند. من به عنوان یک تامین کننده پیشرو کنترلر، با اجزای مختلف تشکیل دهنده یک کنترلر پرواز و اهمیت آنها در تضمین پرواز ایمن و کارآمد به خوبی آشنا هستم.

1. واحد میکروکنترلر (MCU)

واحد میکروکنترلر هسته اصلی کنترلر پرواز است. این یک کامپیوتر کوچک روی یک مدار مجتمع است که شامل هسته پردازنده، حافظه و تجهیزات جانبی ورودی - خروجی قابل برنامه ریزی است. MCU مسئول اجرای الگوریتم های کنترل پرواز، پردازش داده های حسگر و ارسال دستورات به موتورها است.

MCU های مدرن مورد استفاده در کنترلرهای پرواز اغلب بر اساس پردازنده های سری ARM Cortex - M هستند. این پردازنده ها عملکرد بالا، مصرف انرژی کم و مجموعه ای غنی از تجهیزات جانبی را ارائه می دهند. به عنوان مثال، پردازنده های ARM Cortex - M4 می توانند محاسبات پیچیده ریاضی مورد نیاز برای تخمین و کنترل نگرش را انجام دهند. MCU به طور مداوم داده های حسگرهایی مانند شتاب سنج، ژیروسکوپ و مغناطیس سنج را می خواند و از این داده ها برای محاسبه جهت گیری و موقعیت پهپاد در فضا استفاده می کند. بر اساس این محاسبات، سرعت موتورها را برای حفظ پرواز پایدار تنظیم می کند.

2. حسگرها

سنسورها اجزای ضروری یک کنترلر پرواز هستند زیرا داده های لازم را برای MCU برای تصمیم گیری آگاهانه فراهم می کنند. انواع مختلفی از سنسورها وجود دارد که معمولاً در کنترلرهای پرواز استفاده می شوند:

شتاب سنج ها

شتاب‌سنج‌ها شتاب پهپاد را در سه محور X، Y و Z اندازه‌گیری می‌کنند. آنها می توانند تغییرات سرعت و جهت پهپاد را تشخیص دهند. با ادغام داده های شتاب در طول زمان، کنترلر پرواز می تواند سرعت و موقعیت پهپاد را تخمین بزند. به عنوان مثال، اگر پهپاد به سمت بالا شتاب بگیرد، شتاب سنج افزایش شتاب محور Z را تشخیص می دهد. این داده ها برای حفظ ارتفاع و کنترل حرکت عمودی پهپاد بسیار مهم است.

ژیروسکوپ ها

ژیروسکوپ سرعت زاویه ای پهپاد را در اطراف سه محور اندازه گیری می کند. آنها برای تشخیص چرخش پهپاد و کمک به حفظ ثبات آن استفاده می شوند. ژیروسکوپ ها اطلاعات بلادرنگی را در مورد سرعت چرخش پهپاد ارائه می دهند و به کنترل کننده پرواز اجازه می دهد تا سرعت موتور را به سرعت تنظیم کند تا هرگونه چرخش ناخواسته را خنثی کند. به عنوان مثال، اگر پهپاد شروع به غلتیدن به سمت چپ کند، ژیروسکوپ نرخ زاویه‌ای چرخش را تشخیص می‌دهد و کنترلر پرواز سرعت موتورهای سمت راست را افزایش می‌دهد تا جهت را اصلاح کند.

مغناطیس سنج ها

مغناطیس‌سنج‌ها که به عنوان قطب‌نما نیز شناخته می‌شوند، میدان مغناطیسی زمین را اندازه‌گیری می‌کنند. آنها برای تعیین جهت یا جهت هواپیمای بدون سرنشین نسبت به شمال مغناطیسی استفاده می شوند. این اطلاعات برای ناوبری مهم است، به خصوص زمانی که پهپاد نیاز به پرواز در یک جهت خاص یا بازگشت به موقعیت اصلی خود دارد. با این حال، مغناطیس‌سنج‌ها می‌توانند تحت تأثیر تداخل مغناطیسی دستگاه‌های الکترونیکی نزدیک یا اجسام فلزی قرار بگیرند. بنابراین، کالیبراسیون مناسب برای اطمینان از خوانش دقیق مورد نیاز است.

فشارسنج ها

فشارسنج ها فشار اتمسفر را اندازه گیری می کنند. از آنجایی که با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر کاهش می یابد، می توان از فشارسنج ها برای تخمین ارتفاع پهپاد استفاده کرد. آنها اندازه گیری ارتفاع دقیق تری را در مقایسه با تنها استفاده از داده های شتاب سنج ارائه می دهند. کنترلر پرواز می تواند از داده های فشارسنج برای حفظ ارتفاع ثابت در طول پرواز استفاده کند. به عنوان مثال، اگر فشارسنج کاهش فشار را تشخیص دهد که نشان می دهد پهپاد در حال بالا رفتن است، کنترلر پرواز می تواند سرعت موتور را کاهش دهد تا ارتفاع مورد نظر را حفظ کند.

3. واحد اندازه گیری اینرسی (IMU)

واحد اندازه گیری اینرسی ترکیبی از شتاب سنج، ژیروسکوپ و گاهی مغناطیس سنج است. این یک واحد مستقل است که اندازه گیری جامعی از حرکت و جهت گیری پهپاد را ارائه می دهد. IMU بسیار دقیق و قابل اعتماد طراحی شده است و نقش مهمی در توانایی کنترل کننده پرواز برای حفظ پرواز پایدار دارد.

داده های IMU توسط MCU با استفاده از الگوریتم های همجوشی حسگر پردازش می شود. این الگوریتم‌ها داده‌های حسگرهای مختلف را ترکیب می‌کنند تا تخمین دقیق‌تر و پایدارتری از موقعیت، سرعت و جهت پهپاد به دست آورند. به عنوان مثال، فیلتر Madgwick یا فیلتر Mahony معمولاً از الگوریتم های همجوشی حسگر در کنترلرهای پرواز استفاده می شود. این الگوریتم ها نقاط قوت و ضعف هر سنسور را در نظر می گیرند و خروجی قابل اطمینان تری تولید می کنند.

4. رابط های ارتباطی

کنترل‌کننده‌های پرواز باید با دستگاه‌های مختلف خارجی مانند کنترل‌کننده‌های از راه دور، ماژول‌های GPS و ایستگاه‌های کنترل زمینی ارتباط برقرار کنند. برای فعال کردن این ارتباط، کنترلرهای پرواز به انواع مختلفی از رابط های ارتباطی مجهز شده اند:

ارتباط سریال

رابط های ارتباطی سریال، مانند UART (گیرنده ناهمزمان جهانی - فرستنده) و USB (گذرگاه سریال جهانی)، معمولاً برای ارتباط بین کنترلر پرواز و سایر دستگاه ها استفاده می شوند. UART اغلب برای برقراری ارتباط با ماژول های GPS استفاده می شود، جایی که ماژول GPS داده های مکان را به کنترل کننده پرواز ارسال می کند. USB برای برنامه نویسی کنترلر پرواز و برای برقراری ارتباط با ایستگاه کنترل زمینی در رایانه استفاده می شود.

ارتباط بی سیم

رابط های ارتباطی بی سیم، مانند ماژول های Wi - Fi، بلوتوث و فرکانس رادیویی (RF) برای کنترل از راه دور و انتقال داده استفاده می شود. از Wi - Fi می توان برای برقراری ارتباط بین پهپاد و دستگاه تلفن همراه استفاده کرد و به کاربر این امکان را می دهد که پهپاد را کنترل کند و فید ویدیوی زنده را مشاهده کند. بلوتوث اغلب برای ارتباطات کوتاه برد، مانند جفت کردن پهپاد با گوشی هوشمند برای پیکربندی و کالیبراسیون استفاده می شود. ماژول های RF برای ارتباط دوربرد با کنترل از راه دور استفاده می شوند و کاربر را قادر می سازد پهپاد را از راه دور کنترل کند.

Single-Phase Intelligent Controller

5. کنترل کننده های موتور

کنترل‌کننده‌های موتور که با نام کنترل‌کننده‌های سرعت الکترونیکی (ESC) نیز شناخته می‌شوند، وظیفه کنترل سرعت موتورهای پهپاد را بر عهده دارند. فلایت کنترل سیگنال هایی را به کنترل کننده های موتور می فرستد، که سپس برق عرضه شده به موتورها را متناسب با آن تنظیم می کنند.

کنترل‌کننده‌های موتور معمولاً مبتنی بر فناوری مدولاسیون عرض پالس (PWM) هستند. فلایت کنترل یک سیگنال PWM را به کنترل کننده موتور می فرستد و عرض پالس سرعت موتور را تعیین می کند. یک پالس بازتر نشان دهنده سرعت بالاتر است، در حالی که یک پالس باریک تر نشان دهنده سرعت کمتر است. کنترل‌کننده‌های موتور مدرن همچنین از الگوریتم‌های کنترل پیشرفته‌تری مانند کنترل موتور بدون جاروبک پشتیبانی می‌کنند که کنترل موتور کارآمدتر و دقیق‌تری را فراهم می‌کند.

6. مدیریت انرژی

مدیریت توان یکی از جنبه های مهم کنترلر پرواز است. کنترلر پرواز باید توسط یک منبع تغذیه پایدار و قابل اعتماد تغذیه شود. همچنین نیاز به مدیریت مصرف برق اجزای مختلف برای اطمینان از زمان طولانی پرواز دارد.

کنترلرهای پرواز معمولاً توسط یک باتری لیتیوم پلیمری (Li - Po) تغذیه می شوند. سیستم مدیریت توان در کنترلر پرواز شامل یک تنظیم کننده ولتاژ است که ولتاژ باتری را به یک ولتاژ پایدار مناسب برای MCU و سایر اجزا تبدیل می کند. همچنین شامل مدارهای حفاظت از ولتاژ بیش از حد، کم ولتاژ و جریان بیش از حد برای جلوگیری از آسیب به قطعات است.

پیشنهادات محصول ما

به عنوان یک تامین کننده کنترلر، ما طیف گسترده ای از کنترلرهای با کیفیت بالا را برای کاربردهای مختلف ارائه می دهیم. به عنوان مثال، ما داریمکنترل کننده هوشمند سه فاز برای پمپ های شناورکه برای کنترل کارآمد پمپ های شناور طراحی شده است. ماکنترلر هوشمند تک فازبرای کاربردهای تک فاز مناسب است و کنترل قابل اعتماد و دقیقی را ارائه می دهد.

اگر به دنبال کنترلر پرواز یا هر نوع کنترلر دیگری هستید، ما اینجا هستیم تا نیازهای شما را برآورده کنیم. کنترلرهای ما با جدیدترین فناوری و قطعات با کیفیت بالا طراحی شده اند تا عملکرد و قابلیت اطمینان عالی را تضمین کنند. خواه سرگرم ساخت پهپاد خود باشید یا حرفه ای در صنعت هوافضا، ما می توانیم راه حل مناسب کنترلر را به شما ارائه دهیم.

از شما دعوت می کنیم برای اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما و بحث در مورد نیازهای خاص خود با ما تماس بگیرید. تیم کارشناسان ما آماده کمک به شما در یافتن بهترین کنترلر برای برنامه شما هستند. بیایید با هم برای رسیدن به اهداف خود در زمینه سیستم های کنترلی همکاری کنیم.

مراجع

استیونز، BL، لوئیس، فلوریدا، و جانسون، EN (2015). کنترل و شبیه سازی هواپیما: دینامیک، طراحی کنترل و سیستم های خودمختار. وایلی.
ریش، RW، و مک‌لین، TW (2012). هواپیمای بدون سرنشین کوچک: تئوری و عمل. انتشارات دانشگاه پرینستون
Valasek، J.، & Beard، RW (2011). مقدمه ای بر وسایل نقلیه خودران وایلی.