陳啟佳

（廣州市高級技工學校，廣東 廣州 510000）

0 引言

在有序控制的影響下，無人機具有相對優(yōu)良的機動性、隱蔽性和控制性等特點。它適合于在敵對關(guān)系中進行偵察活動，增強戰(zhàn)斗技術(shù)指導并補充空中偵察的完整性，可以為相關(guān)行業(yè)提供有價值的信息。小型四旋翼無人機的設(shè)計輕巧簡單，使其被廣泛應用于各個領(lǐng)域，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)支持，并充分展現(xiàn)了無人機控制技術(shù)的優(yōu)勢和運用價值，對未來社會中增加生產(chǎn)的經(jīng)濟效益非常重要。

1 新型無人機設(shè)計

1.1 四旋翼無人機結(jié)構(gòu)

（1）無人機地面控制站程序用于實時查看無人機位置。在獲得無人機飛行的實時信息后，對其進行有效處理，并對無人機控制信號進行處理。在控制器中完成收到后，將同時發(fā)送控制信號[1]。

（2）四旋翼無人機進入指揮引導系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)均安裝在無人機結(jié)構(gòu)中，其應用能力是使用各種傳感器（例如陀螺儀）完成對無人機飛行數(shù)據(jù)的測量。當傳感器收集無人機飛行數(shù)據(jù)時，可以實時完成分析，并將信息返回到地面控制站以獲得有關(guān)無人機飛行器的各種信息，然后控制站完成了信號計算。機上信息包括位置、飛行速度、飛行角度等信息。該通訊系統(tǒng)與根據(jù)航空交通管制計劃運作的地面管制站相連。地面控制站接收的控制信號分析，并通過算法分析然后將其集成到發(fā)動機控制中，從而將其集成到發(fā)動機控制信號中?？刂瓢ㄞD(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度以及旋轉(zhuǎn)速度[2]。

1.2 新型無人機設(shè)計的結(jié)構(gòu)特點

（1）出色的機動性，高度的飛行適應性以及能夠在各種條件下完成任務。與固定翼無人機不同的是，四旋翼無人機不需要制造跑道，可以垂直飛行和停飛，這增加了飛行靈活性，降低了飛行速度[3]。

（2）機械結(jié)構(gòu)非常精確，操作簡單易學。與直升機設(shè)計相比，新型無人機的機械化設(shè)計更加緊湊。同時，螺旋槳數(shù)量為4個，它們產(chǎn)生推力，可以給無人機額外的控制尺寸。與單螺桿推力相比，它可以通過簡單的控制程序提供多個無人機座椅。

（3）飛行噪聲小，隱蔽性好。無人機的四個螺旋槳可以消散飛行時的風力，并且每個發(fā)動機的工作功率都是可調(diào)的，以減少噪音。小型推進器可以科學地幫助避免被熱雷達探測到，從而改善了四旋翼無人機的偽裝，從而有效地獲得了目標偵查領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息，適應娛樂休閑、高空攝影、地理測繪、信息偵查等應用場景[4]。

2 新型無人機控制過程

2.1 控制原理

無人飛行器是自動飛行的設(shè)備，不需要搭載操縱者，其控制機制相對簡單，框架分析程序是基于自動控制原理的。在這一階段，自動控制技術(shù)的形成依賴于反饋概念，以提高控制技術(shù)的穩(wěn)定性，保證無人機的穩(wěn)定運行。反饋理論由數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)比較和指令執(zhí)行三個要素組成。在測量過程中，可以獲得假定變量的具體數(shù)據(jù)，并與目標值進行比較，而控制器可以利用實時偏差控制預期對象，提高了系統(tǒng)響應精度，降低了系統(tǒng)響應偏差優(yōu)化控件。地面控制站運行期間，執(zhí)行的指令通過地面控制站和控制系統(tǒng)傳輸?shù)綗o人系統(tǒng)。執(zhí)行指令期間，位置、飛行速度和飛行狀態(tài)等信息將被探測系統(tǒng)接收，然后傳送到地面控制站。地面控制站的工作原理與無人駕駛控制系統(tǒng)中的控制相同。無人機控制系統(tǒng)中的伺服機構(gòu)類似于無人機的推進器。

2.2 PID控制器

無人機有很多控制選項，而研制人員將根據(jù)控制難度，嘗試將其添加到無人機控制系統(tǒng)中。但是，隨著控制器的組成越來越復雜，相應的改進取決于模型設(shè)計的可靠性，與PID控制器相比并不理想。因此，在大多數(shù)無人機控制系統(tǒng)中，現(xiàn)階段采用PID控制器作為主要控制算法。控制器的PID字母表如下：P代表英文縮寫“proportional”，I代表英文縮寫“integral”，D代表英文縮寫“derivative”。這種控制器結(jié)構(gòu)比較簡單，用途廣泛。作為PID控制的一部分，按P代表比例控制，I代表積分控制，以消除靜態(tài)誤差，D代表微分控制，可提高無人機的動態(tài)響應能力。由于PID控制器具有簡單、適應性強的特點，在無人機操作領(lǐng)域得到了廣泛的應用和發(fā)展。

2.3 多址通信控制

無人機在飛行過程中，很容易引起通信干擾問題。因此，提出了一種多訪問通知管理技術(shù)。這項技術(shù)的基本概念是：根據(jù)該組中無人機的真實飛行性能分為若干部分。對于多個地址，請使用這些地址以完成有效信號接收，加強信號分離，然后進行信號凈化和擴展，有效的信號識別和縮短飛行時間。UAV在組中造成的通信干擾。例如，在地質(zhì)勘探期間，總共發(fā)送了四架無人機進行聯(lián)合飛行。在飛行過程中，按一下按鈕以每秒完成讀取和收集信息，并在2個通道中添加不同的傳輸?shù)刂?。?信道上，波頻設(shè)置為16kbit/s，信號2設(shè)置為1kbit/s以上。這種通信控制方式可有效完成4架無人機的信號采集，信號頻率為1100Hz、1200Hz，分別為1300hz和1600hz。根據(jù)無人機的信號頻率，它們由信號處理器處理，分離器可分離信號，放大器可完成信號清理。處理完成后，將檢查信息以嘗試獲得最佳的通信結(jié)果。

3 控制模擬分析

3.1 模擬設(shè)計

在通訊管理的基礎(chǔ)上，研發(fā)人員進行模擬以測試通訊管理的能力。作為航空攝影的對象，選擇了四架無人飛行器，它的傳輸持續(xù)10秒。通過傳感器獲得了無人機的通信頻率：1100Hz，1200Hz，1300Hz和1600Hz。設(shè)置兩個數(shù)據(jù)通道，波特率分別為16Kbps和17Kbps。無人機的操作的要素包括爬升，變速和著陸。在實驗的早期階段，使用K最近鄰算法和隨機方法完成了機器學習過程，共有4822個樣本和158165秒的學習時間。

3.2 模擬結(jié)果

將實驗時間影響結(jié)果分析的可靠性因素考慮在內(nèi)模擬實驗共進行了15分鐘，進行了90次信號傳輸和實時特征觀測。實驗完成后，傳感器記錄通信響應周期。實驗結(jié)果如下：①實驗時間15分鐘；②無人機通信信號識別效率達98.35%；③飛行穩(wěn)定性100%，碰撞概率0左右；④通信響應時間0.22秒。

根據(jù)實驗結(jié)果，在15分鐘的通信控制試驗期間，多組無人機一起飛行。控制效率好，信號識別率98.35%，飛行穩(wěn)定性100%，幾乎無碰撞可能性。在爬升、變速和著陸過程中，平均通信應答時間為0.22秒，可滿足大部分無人機操作，說明了通信控制技術(shù)的可行性。

3.3 模擬分析

通過實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，多組無人機同時飛行會產(chǎn)生一些干擾通信的問題。因此，傳感器、通信技術(shù)和PID控制器是控制無人機的有效手段。此外，在后續(xù)無人機控制研究中，應更多關(guān)注大氣、多雨、電磁和其他環(huán)境因素，以及學習如何控制關(guān)于干擾的影響，以確保更穩(wěn)定的無人機性能。

4 無人機的應用問題

4.1 隱私問題

目前，我國有關(guān)無人機的法律法規(guī)尚未最終確定，僅在某些地區(qū)通過了相關(guān)法律，雖然用戶能夠使用無人機輕松地從公眾那里收集個人信息，包括地理位置，生物特征等以及通信內(nèi)容等，但它的應用可能危及隱私，增加泄露個人信息的風險。

4.2 噪音

無人機的飛行模式是由葉片螺旋旋轉(zhuǎn)引起的推力向下上升。飛行過程中會產(chǎn)生一定的噪聲，主要是機械噪聲和空氣動力噪聲。機械噪聲主要是由機體發(fā)動機轉(zhuǎn)動引起的摩擦和振動引起的?？諝鈩恿υ肼暿怯扇~片在旋轉(zhuǎn)過程中相對于空氣的摩擦和振動引起的。這些噪音可能導致無人機在拍攝時無法有效地記錄原始聲音，其物體也容易受到噪音的影響。

4.3 安全問題

首先，一些用戶在禁飛區(qū)測試無人機，工作可能干擾飛行器飛行并對社會造成潛在危險；其次，當無人機發(fā)出信號時，它對來自磁場的干擾非常敏感，這會導致身體失去控制，發(fā)生事故；最后，無人機葉片的快速旋轉(zhuǎn)對人類及其周圍生物體的安全構(gòu)成了極大威脅，每年都會發(fā)生許多事故。

4.4 業(yè)務問題

由于無人機的某些操作需要逆向控制，所以技術(shù)上不合格的新手，遇到危險并引發(fā)事故，容易上浮。當遠程控制信號斷開時，用戶在操作過程中無法立即回電無人機。此外，無人機的飛行受天氣條件影響，在強風影響下失去控制，偏離航向。

5 無人機的多領(lǐng)域應用

5.1 農(nóng)業(yè)方面

無人機的高功率和高載荷可以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一些需求。經(jīng)過計算機編程，無人機可以實現(xiàn)有計劃的播種，不僅提供了播種密度，而且提供了最終的結(jié)果。使用無人機澆灌和噴灑作物可以提高效率，節(jié)省人力資源。

5.2 救濟方面

自然災害發(fā)生后，無人機可立即對情況進行實時定位，有效防止救援人員在救援過程中出現(xiàn)險情，提高救援速度，保護自身安全。新冠疫情期間，學校、醫(yī)院等公共場所在疫情防控重點領(lǐng)域使用無人機，提高了區(qū)域消毒效率，保障了人員的健康安全。

5.3 物資運輸方面

近年來，許多物流公司快遞和配送公司嘗試使用無人機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工配送，取得了地區(qū)性成果。例如，京東在海南和貴州交通不便的地區(qū)為用戶提供無人值守的商品遞送服務。與原有人工投送的不足相比，無論地形如何，都能做到直達、高效、快速投送。

5.4 交通方面

無人機在空中捕獲的圖像可以在地面坐標中準確地重建，也可以用來監(jiān)視活動。以前只能在直升機上使用的鳥瞰觀察效果，現(xiàn)在可以使用無人機來實現(xiàn)[5]。有效的全球監(jiān)控功能可以減少交通事故和交通擁堵。例如，當交警使用無人機執(zhí)行法律時，他們可以不受限制地自由執(zhí)行任務，從而提高了效率。

6 結(jié)語

綜上所述，四旋翼無人機利用其相對簡單穩(wěn)定的設(shè)計，經(jīng)典部件以及方便的操作和維護，使其制造、操作和維護更加經(jīng)濟。同時，在實踐中，無人機更加靈活，具有很強的覆蓋能力，在其他領(lǐng)域得到了廣泛的應用和逐步使用。例如，配送服務京東（JD.com）集成了無人機控制程序，并出現(xiàn)在網(wǎng)絡市場經(jīng)濟中。同時，無人飛行器也已有效地用于火災監(jiān)測，森林保護，監(jiān)測地質(zhì)困難地區(qū)，制定失蹤人員救援計劃以及有效獲取遙感圖像數(shù)據(jù)等領(lǐng)域。因此，加強對無人機的控制并改善其應用性能尤為重要。