淺談多旋翼無人機任務系統的優秀論文
前言：隨著無人機產品的不斷增加，市場之間的競爭力，也逐漸的提升，對此本項目研究出了更適合于工業控制、自動化裝備等領域產品的多旋翼無人機，產品不僅定位合理，同時與其他產品存在一定的差異，該任務系統，是指先進智能裝備數據鏈的無人多旋翼任務，存在較高的能量利用效率、載荷運輸性能，是其它無人機產品，在技術方面不能相比的;制定合理的市場規劃，會給企業帶來一定的經濟效益。
1 多旋翼無人機定義概述
我們常稱無人飛行載具，為無人飛機系統，主要是利用無線電智能遙控設備，以及自帶的控制程序裝置，對于不載人的飛機進行操控。其中廣義的無人機，包括狹義無人機以及航模。
多旋翼飛行器，主要由動力系統、主體、控制系統組成，動力系統包括電機、動力、電子調速器、槳;主體部分包括機架、腳架、云臺;控制系統包括由遙控接收器、遙控組成的手動控制;地面站，以及由主控、GPS、IMU、電子陀螺、LED顯示屏組成的飛行控制器。其中四旋翼，是一種4輸入6輸出的欠驅動系統;通過PID、，魯棒、模糊、非線性、自適應神經網絡控制。近年來，對于系統的控制功能的研究趨勢，為大荷載、自主飛行、智能傳感器技術、自主控制技術、多機編隊協同控制技術、微小型化等方向。其中一些關鍵技術為，數學模型的建立、能源供給系統、飛行控制算法、自主導航智能飛行。
2 控制系統改進發展階段
多旋翼無人飛行器的控制系統，最初是由慣性導航系統，借助了微機電系統技術，形成了EMES慣性導航系統;經過對于EMES去噪聲的研究，有效的降低了其傳感器數據噪音的問題，最后經過等速度單片機、非線性系統結構的研究、應用，最終在2005年，制作出了性能相對穩定的多旋翼無人機自動控制飛行器。對其飛行器的評價，可從安全性、負載、靈活性、維護、擴展性、穩定性幾方面要素進行分析。具有體積小、重量輕、噪音小、隱蔽性強、多空間平臺使用、垂直起降，以及飛行高度不高、機動強、執行任務能力強的特點;在結構方面，不僅安全性高、易于拆卸維護、螺旋槳小、成本低、靈活控制的特點。
3 技術原理
3.1系統組成
無人多旋翼任務系統，總體技術方案框圖如圖1所示;如圖所示，無人多旋翼任務系統，由無人機、地面工作站構成。無人機，由多旋翼無人機、任務載荷組成;地面工作站，由數據鏈通信單元、工業控制電腦、飛行控制搖桿等組成。
3.2系統技術原理
3.2.1多旋翼無人機，通過對于螺旋槳微調的推力，實現穩定的飛行姿態控制、維持。經過上述，對于多旋翼無人機、常規直升機、固定翼飛機的對比，可以明顯的看出，多旋翼無人機，在任務飛行方面，具有多能量的優勢，從而更好的執行完成飛行任務，改善了飛行姿態維持，消耗大量能量的缺陷，從而更好的保證了其能量利用率，直接產生續航時間、載荷運輸性能的提升;在結構方面，做了大量的簡化，省去了傳動機構，使其運行噪音、故障概率、維護成本大大的降低。
3.2.2無人機，與地面工作站之間的通信，通過設備數據鏈實現連接，起到通信中介的作用，同好也是無人機、地面工作站之間，實現地空信息交換的重要橋梁環節。以往無人機，對于地空信息的轉換連接，只是普通的點對點通信，收到信號傳輸距離的影響，性能發揮受到嚴重的影響，只能實現一些簡單遙控數據信號的傳輸。
但是本項目，對于無人多旋翼任務系統的研究，是通過數據鏈協議MAVLink的研究后，將其合理的嵌入到控制核心、地面數據鏈的ARM平臺中，有效的改善了以往低空信息傳輸環節存在的問題，將其遙測、遙信、遙控、遙調、遙視這五遙很好的進行了統一，保證了通信之間的無障礙，從根本上解決了無人機和地面工作站的數據通信問題。其中涉及到的.五遙;其中遙測，是指對于遠方的電壓、電流、功率、壓力、溫度等模擬量進行測量;其中遙信，是指對于遠方的電氣開關、設備，以及機械設備的工作、運行等狀態進行監視;遙控，是指對于遠方電氣設備、電氣機械化裝置工作狀態的控制、保護;遙調，是指對于遠方所控設備的工作參數、標準流程等進行設定、調整;遙視，是指對于遠方設備的安全運行狀態的監視、記錄。
3.2.3傳統的無人機，在飛行時需要通過人工對于遙控器的操作，對其飛行姿態進行的控制，體現出其自動程序的不完善，功能單調等缺陷。但是本項目對于無人機的研究，在地面工作站，通過飛行任務規劃軟件的配套，有效的改善了以往功能單一的缺點，直接增加了其功能性。其中飛行任務規劃軟件，具備GoogleMap高速API接口，實現對于無人機飛行航線，在三維地圖上的簡易規劃，同時也能對其航線進行啟動，使其實現自動巡航、執行飛行任務、返航等操作。
4 技術關鍵點及創新點
4.1技術關鍵點：
4.1.1地空信息的的數據通信。
先進智能裝備數據鏈協議MAVLink的應用，能夠對其所有數據進行有效的整合，并全部歸納在數據鏈路中，整合五遙操作，有效的降低了多種通信制式、通信模塊存在等方面的問題，提高了通信效率，保證了通訊功能得以有效發揮。
4.1.2解決飛行姿態操控問題
嵌入式操作系統，在ARM處理器平臺上的應用，加上陀螺儀等傳感器、卡爾曼濾波等先進算法，從而更好的保證了控制系統的功能增加，除此之外，不僅實現了無人操作飛行，在飛行操縱方面，也有效的降低了能耗，增加了能量利用率。
4.1.3在工業控制領域應用的擴展
本項目以同一載具+多種載荷的建設、研究思路，針對于型號相同的多旋翼飛行器，設計一樣的數據、電氣、機械接口的任務載荷，實現快速更換載荷，使其飛行任務之間，能夠良好、穩定的切換、銜接，保證該系統的實用性，同時也減少了任務執行的成本。
4.1.4增強地面工作站功能
通過C/S架構、C#語言、.net平臺、三維GoogleMap、SQL數據庫，以及地面任務規劃軟件、分析數據分析軟件，從而更好的增強地面工作站的功能，以及自動化、智能化的程度,更好的為用戶操作，帶來更多的便利。
4.2項目的技術創新性
4.2.1在無人機、地面站，在植入數據鏈MAVLink的同時，加強整體系統功能的改進，有效的實現了五遙的綜合統一。
4.2.2卡爾曼濾波、四元數算法，加上嵌入式ARM平臺，對其飛行姿態實現有效控制。
4.2.3同一載具+多種載荷思路的研究，實現了無人機，對任務執行模式的有效轉換。
4.2.4同時地面任務規劃軟件、分析數據分析軟件的應用，提高了系統的控制功能，以及系統智能化程度。
5 總結
綜上所述，通過對于無人多旋翼任務系統的分析，發現我國針對于此方面的研究，仍存在很多不完善的地方，該項目通過C/S架構、C#語言、先進智能裝備數據鏈、分析數據分析軟件等，照比以往的無人機飛行器，在系統功能改進方面，實現了遙測、遙信、遙控、遙調、遙視的統一;在任務執行模式方面，實現了靈活轉換;在飛行姿態方面，實現了智能操控;是在已有多旋翼飛控技術的基礎上，有效的規避了其以往的缺陷，同時自主飛行控制軟件編程，這種飛控任務的提供，有效的實現了飛行中，自主導航智能飛行。
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