飞控子系统是无人机完成整个飞行过程的核心系统，对无人机实现全权控制与管理，相当于“驾驶员”。飞控子系统必须具备以下功能：
- 无人机姿态稳定与控制：这是飞控子系统的基本功能之一，确保无人机在空中保持平衡和稳定。
- 无人机飞行管理：包括模式切换、速度控制、高度控制、起飞控制、降落控制等子功能。
- 应急控制：在出现故障或异常情况时，飞控子系统能够迅速采取措施，确保无人机安全返航或进行其他应急操作。
此外，飞控子系统需要与导航子系统协调完成航迹控制，并且具备信息收集与传递的功能。这些功能共同作用，使飞控子系统成为无人机执行任务的关键部分。
一、 飞控子系统在无人机姿态稳定与控制中具体采用了哪些技术
飞控子系统在无人机姿态稳定与控制中采用了多种技术和算法，主要包括以下几种：
- PID控制器：PID(比例-积分-微分)控制器是一种经典的控制算法，通过调整比例、积分和微分参数来实现对无人机姿态的精确控制。
- 四元数和旋转矩阵：这些数学工具用于姿态解算和姿态控制，能够实现精确的姿态稳定与调整。
- 扩展卡尔曼滤波技术：这种滤波技术结合了经典控制算法，可以实现无人机姿态的快速稳定和高精度跟踪。
- 自适应控制和机器学习：这些先进的算法能够快速响应外部环境变化，如风速波动和负载变化，确保飞行器姿态的平稳与安全。
- 模糊自抗扰控制器：基于模糊线性自抗扰控制器的四旋翼无人机姿态控制系统具有自适应性和鲁棒性强、控制性能优异等特点。
- 捷联式惯性导航系统：这种系统通过集成IMU等传感器获取无人机姿态和角速度的实时反馈数据，实现闭环控制。
- 数据融合技术：通过对惯性传感单元(IMU)数据进行噪声滤波和数据融合，实时解算飞行器当前姿态，并结合给定的电机转速参考值，利用PID等控制算法进行控制。
二、 无人机飞行管理功能中的模式切换、速度控制、高度控制、起飞控制和降落控制
无人机飞行管理功能中的模式切换、速度控制、高度控制、起飞控制和降落控制的实现方式如下：
模式切换通常涉及在不同的飞行模式之间进行转换，例如从垂直起降(VTOL)模式到固定翼飞行(FW)模式。这种转换需要算法来实现多旋翼和固定翼飞行模式控制器之间的切换，以改善无人机的操作飞行包线和机动性。
速度控制可以通过闭环控制系统实现，如在多旋翼无人机降落时采用的速度控制系统。该系统通过建立精准降落速度控制系统的总体框架，并设计外环速度的比例控制模块来实现。此外，还有基于自抗扰算法的高度-速度双闭环控制框架，用于变负载下的四旋翼无人机高度控制。
高度控制可以采用多种方法，包括PID控制、自抗扰控制(LADRC)等。例如，ardupilot使用气压计与加速度计通过EKF算法融合处理得到的惯导高度作为实际高度，目标高度由飞行员设定，然后通过高度控制器维持无人机在期望的高度。另一种方法是基于线性自抗扰控制的高精度定高控制策略。
起飞控制通常涉及设计特定的控制策略和数学模型，如四火箭助推无人机的起降控制算法。该算法包括建立气动力、助推火箭作用力、发动机推力及控制律的数学模型，并构建起降过程的动力学方程。
降落控制同样可以采用闭环控制系统，如速度控制系统，以避免位置振荡和速度超调现象。此外，还可以采用比例导引模块和姿态解算模块来满足自主降落需求。
三、 飞控子系统通常采用哪些技术或方法来确保无人机的安全返航
在应急控制方面，飞控子系统通常采用多种技术或方法来确保无人机的安全返航或其他应急操作。这些技术和方法包括：
- 舵机控制器和处理器：根据，无人机的应急控制系统包括舵机控制器和与之通信的处理器及执行机构。处理器会以预设时间间隔向舵机控制器发送命令信号，如果超过预设时间间隔未接收到命令信号，确定处理器处于异常状态，从而触发应急措施。
- 失控返航功能：提到Mavic 2 Enterprise系列无人机具有失控返航功能，当无线信号中断时，飞控系统将接管控制权并参考原飞行路径规划路线，控制无人机返回最近的返航点。如果在60秒内无线信号恢复正常，无人机会原地悬停10秒;否则，它将按照最短距离直线返航。
- 全球鹰式无人机的复杂应急管理系统（CMS） ：中提到，全球鹰式无人机的CMS允许根据不同的应急模式调整飞行路线，并为每个模式提供多个备用路线，以应对可能的故障。
- 低电量返回原点、故障安全返回原点和异常情况下的自动返回原点：描述了Mavic 2无人机在失去通信的情况下采取的三种返回原点的方法，以及在非正常或紧急情况下飞行员应采取的基本规则。
- 灾难性应急模块和危险性应急模块：中提到，当无人机无法恢复时，系统将进入灾难性应急状态，激活飞行终止系统(FTS)，通常包括降落伞系统以确保系统安全并减少地面碰撞风险。危险性应急模块管理任何中断或可能中断正常任务发展的紧急情况，防止它们演变成灾难性应急。
- 无人机应急移动指挥系统：中提到的EMCS系列无人机应急移动指挥系统融合了载车系统、无人机集控飞行、5G通信、链路中继、数据分析、图像处理、作战指挥等多项先进技术手段，用于公共安全、应急救援、电力、石油事故应急处置等领域。
- 多通道连接丢失时的应急措施：中Nafr Multi-Rotor User Manual V2.8提到，在失去多个通道连接时，无人机会采取着陆和返回原点的两种应急措施，以及在切换到手动模式或自主模式时解除增强的安全模式以重新获得对无人机的控制权。
四、 飞控子系统与导航子系统的协调是如何实现的
飞控子系统与导航子系统的协调主要通过集成的控制系统实现，这种协调对无人机航迹控制有显著影响。
飞控子系统负责无人机的姿态控制和位置控制。姿态控制包括俯仰、偏航和横滚等关键角度的调整，而位置控制则确保无人机按照预定路径飞行。飞控系统通过传感器检测无人机的位置、高度、加速度、航向角和角速度等状态参数，并将这些数据与控制算法结合，以实现精确的飞行控制。
导航子系统则主要负责外环航迹的控制，即确保无人机按照预定的航迹飞行。通过航迹控制律，无人机可以不断修正自身航向角，以贴近目标航迹并最终回到指定航迹线。这种外环控制策略使得无人机能够在受到外部扰动(如风的影响)时，仍能保持在预定航迹上。
飞控子系统与导航子系统的协调是通过集成的控制系统实现的，该系统利用传感器数据和控制算法，同时考虑姿态和位置控制以及外环航迹控制，从而实现对无人机的精确飞行控制。
五、 飞控子系统的信息收集与传递功能具体包括哪些内容
飞控子系统的信息收集与传递功能是无人机执行任务的关键环节，具体包括以下几个方面：
- 传感器数据采集：飞控子系统通过各种传感器(如角速度率传感器、姿态传感器、位置传感器、迎角侧滑传感器、加速度传感器、高度传感器及空速传感器等)来获取飞行数据。这些传感器能够实时监测无人机的飞行状态和环境信息，为飞控系统提供必要的输入数据。
- 数据处理与运算：飞控计算机负责接收并处理来自传感器的数据，并根据这些数据进行计算和判断，以生成相应的控制指令。例如，IMU(惯性测量单元)会测量飞机当前的倾角数据，并通过编译器将这个信号传输给单片机，单片机再根据这些数据计算出补偿方向和角度，然后发出相应的控制指令。
- 通信与信息传递：飞控子系统不仅需要处理内部数据，还需要与外部设备进行通信。数传模块可以将状态数据发送至地面站，地面站可以接收这些数据并发送命令控制无人机的起飞和降落。此外，飞控系统还具备应急控制功能，在出现异常情况时能够及时调整飞行状态，确保安全。
- 执行机构控制：飞控系统通过控制执行机构(如伺服电机控制器、舵机等)来实现对飞行姿态的精确控制。这些执行机构根据飞控计算机的指令调整无人机的飞行状态，以保持其稳定性和任务执行能力。
飞控子系统的信息收集与传递功能通过传感器数据采集、数据处理与运算、通信与信息传递以及执行机构控制等多个方面，为无人机的任务执行提供了全面的支持。
