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信息记录材料 2020年2月 第21卷第2期 

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在科学技术不断发达的进程中，无人机自身具有的气

动结构布局逐渐完善，飞控技术也得到较大进展，在无人

机飞行控制的时候，关键是无人机姿态控制的相关设计，

也就是控制律。无人机飞行轨迹控制和姿态控制属于无人

机飞控系统的两个方面，只有加强姿态控制才可以促使无

人机飞行轨迹得到有效控制，因此也可以充分说明姿态控

制律设计是轨迹规划的主要基础。飞控系统是无人机的核

心内容，而姿态控制系统则属于飞控系统的核心，因此无

人机飞行姿态控制律在设计的情况下，这也就成为关乎其

控制结果的重要内容。在新技术发展的基础上所出现的新

控制理论和控制算法，新理论可以比较轻易的解决以往无

人机设计方面所具有的技术难题，有效解决以往固定翼无

人机飞行控制理论问题

[1]

。

1󰀁󰀁固定翼无人机飞行姿态检测

保持姿态稳定属于飞控设计关注的重要问题，飞控

系统能够推动飞机的姿态和速度都保持在规定范围内，

这一功能是在舵机的基础上具体实现的，其本身属于一

块电机，飞控系统通常被安装在一个装置内，舵机开始

工作的重要标志也可以出现明显转动的现象，而舵机转

动的参数为转动力矩参量。无人机飞行姿态和速度调整

的情况下，

主要是在舵面状态情况观察的基础上实现的，

而舵面的状态则通常情况下是由舵机提供旋转力矩加以

控制的，也就是说舵机的旋转控制无人机明确呈现和展

示的姿态和速度。有舵机能够控制机体的运动情况，推

动传感器及舵机系统和机体组成闭环控制回路，从而使

得系统能够在这一情况下得到稳定运行。飞行姿态主要

有无人机飞行时的姿态角及飞行高度和速度等相关的衡

量指标

[2]

。传感器的组成部分主要存在着陀螺仪和磁传

感器及控制电路等，其中陀螺仪的作用是可以充分感知

无人机所存在的飞行姿态角度，磁传感器在无人机的航

向信息检测的基础上充分应用加速度计有效检测飞行的

具体速度，G

P

S

感知其其包含着的实时位置信息。无人

机本身是比较典型的多通道和多输入多输出存在着复杂

化特点的系统，

其能够实现自主安全飞行存在直接影响，

由于无人机通常需要能够有效完成多种飞行任务，因此

无人机的飞控系统也就要满足更高的要求。

首先是姿态可控，在实施三个姿态角通道的控制回路

设计的基础上得出相对应的控制律，随后输出给舵机，使

舵机可以得到必要转动，控制无人机的飞行姿态。使得三

个姿态角在

10s

内可以充分达到飞行的期望值，且滚转角

和俯仰角的误差也要能够更好地控制在

0.2°范围内，航

向角误差则要控制在

1°之内。其次是高度可以控制，在

设计飞行高度控制律的基础上有效使得飞机在执行飞行任

务的过程中明确其飞行高度是可测可控的，且能够在较短

的时间内使得飞行高度会出现一定变化，且推动其高度能

够在

10s

内达到期望值，误差则要控制在

0.5m

内，从而

有效完成无人机的飞行任务，

使得其保证在安全范围内

[3]

。

随后是航向可控，设计飞机飞行方向通道所包含有的控制

律，使飞机能够根据指令完成转弯飞行的任务，最后是无

人机的速度可控，在飞行速度控制回路设计的情况下，能

够使得无人机实现匀速和加速及减速操作，将其误差控制

在

0.2m/s

内。

2󰀁󰀁无人机飞行控制系统设计任务和原则

无人机的飞行控制系统设计主要包含着硬件和软件两

个部分内容，软件是控制电路板设计，而软件则主要是指

自动驾驶仪中控制程序和地面站软件等方面的设计。

2.1 硬件系统设计任务和原则

硬件系统的设计任务是能够设计得到集各种传感器和

控制器为一体的控制电路板，电路板上包含着电源模块和

控制方式选择电路及输入信号采集通道、接口电路、传感

器信号转换电路、输出通道等。其中电源模块为电路板提

供比较稳定的电力输入，使得各个元器件能够保持正常运

行，控制方式选择电路的时候需要根据安全可靠的要求，

促使控制方式在硬件电路的基础上选择遥控和程序控制方

式。

输入信号采集通道主要是获取遥控器发送的

PWM

信号，

而接口电路则主要是串行数据通讯口，传感器信号转换电

路包含着模拟端输入电路与模数转换电路等，输出通道多

数情况下是用于输出控制舵机的

PWM

信号中。在设计硬件

电路的时候需要严格遵守工程化设计流程，硬件系统设计

的时候需要具备前瞻性的特点，不仅要满足当前的性能要

求，也要促使其之后的扩展及不断完善提供一定空间，元

器件选型的时候也要考虑其性能及功耗等方面问题，争取

在满足系统性能要求的基础上降低功耗

[4]

。

2.2 软件系统设计任务和原则

软件控制系统的设计任务主要有自动驾驶仪控制程序

和地面站软件设计等方面内容，自动驾驶仪中的控制程序

固定翼无人机飞行姿态检测和控制设计

成志勇

（广州市白云工商技师学院  广东  广州  510450）