在无人机姿态模式下,内外回路是实现姿态稳定控制的关键结构。一般来说,内环主要负责快速响应和精确控制姿态角的变化,外环则侧重于根据飞行任务和外部输入,对无人机的整体姿态进行宏观调整和稳定。以下是具体介绍:
内环控制
控制目标:内环主要负责控制无人机的姿态角,即滚转(roll)、俯仰(pitch)和偏航(yaw)角度,其目的是快速跟踪期望的姿态角指令,保证无人机的姿态稳定。
工作原理:内环通常采用比例 - 积分 - 微分(PID)控制器对三个姿态角进行控制。它通过陀螺仪实时测量无人机的角速度,计算实际姿态角与期望姿态角的误差,然后根据 PID 算法输出控制量,调节各个电机的转速或舵面的偏转角度,以快速纠正姿态偏差。例如,当无人机出现滚转时,内环控制器会根据滚转角误差和角速度,调整左右两侧旋翼的转速差,使无人机恢复到平衡姿态。
特点:内环控制具有快速响应的特点,能够对无人机的姿态变化做出迅速反应,有效抑制高频干扰和短时间的姿态波动,是保证无人机飞行稳定性的基础。
外环控制
控制目标:外环主要负责控制无人机在三维空间中的位置,如 X、Y、Z 轴方向的位置。它根据实际位置与期望位置的误差,计算出期望的 roll 角和 pitch 角指令,并将这些指令传递给内环姿态控制器。
工作原理:外环控制以 GPS 的位置、航向信号、高度传感器的气压高度信号等为基准,通过导航控制方法计算出飞行器的预定航线和实际航线。例如,当无人机需要保持在某一高度时,外环控制器会根据高度传感器测量的实际高度与设定高度的差值,调整期望的俯仰角,进而通过内环控制来实现高度的稳定。
特点:外环控制更侧重于对无人机整体飞行状态的宏观调控,它根据飞行任务和外部环境信息,为内环提供姿态角指令,使无人机能够按照预定的航线和高度飞行,实现更复杂的飞行功能。
无人机姿态模式下的内外回路相互配合,内环为外环提供稳定的姿态基础,外环则为内环设定合理的姿态目标,共同确保无人机在飞行过程中的稳定性和可控性。
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