飞行控制

2022-06-09
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坐标系

飞机运动的描述取决于坐标系(或参考系)的坐标轴的位置和方向。 存在许多坐标系,但Mobile SDK中使用的两个坐标系是相对于飞机机身(body frame)和相对于地面(world frame)。

Body坐标系

Body坐标系是相对于飞机本身的。 定义了三个垂直轴,以原点为重心,并且X轴指向飞机的前部,Y轴穿过飞机的右部。 使用右手法则,然后Z轴穿过底部 飞机。

因此,在Body坐标系中将飞机在X,Y和Z上的正向平移分别定义为向前,向右和向下平移。

还可以使用 右手法则 来描述飞机旋转。描述旋转运动时,将X,Y和Z轴重命名为横滚, 俯仰 and 偏航

X,Y,Z,横滚,俯仰和偏航的定义与飞机body坐标系一致,但是对于初次看到它的开发人员有时可能不直观。

例如,如果飞机绕俯仰轴(Y轴)旋转,它将沿X轴方向移动。 此外,如果俯仰角为正,则方向将向后或在负X轴上。 因此,在使用横滚,俯仰和偏航来移动飞机时必须格外小心。

地面(World) 坐标系

用于飞机的一种流行的地面(World)坐标系统将XYZ的正轴与下方向对齐 。 此约定称为北-东-地NED

正Z指向下方可能需要一些时间来适应,但是这很方便,因为X和Y则与右手定则和法线导航航向角保持一致。 航向角为0度; 将指向北方,+ 90° 指向东方。

NED坐标系的原点通常是现实世界中的一个点(例如起飞位置)。

姿态和飞行

飞机和云台的方向称为姿态,由Body坐标系中俯仰,横滚和偏航的旋转定义。

油门组合使用时,飞机可以按照俯仰,横滚和偏航方向进行旋转,从而使飞机在太空中移动。

俯仰

上图从侧面显示了飞机。俯仰衡量了飞机围绕横向(Y,俯仰)轴的旋转程度。 调整俯仰将使飞机向前或向后倾斜。

为了向前倾斜,后螺旋桨比前螺旋桨旋转得更快,推力更大。飞行控制器会自动平衡每个螺旋桨的推力,Mobile SDK提供了API调整俯仰角和油门。

横滚

上图从背面显示了飞机。 横滚衡量了飞机绕纵向(X,滚动)轴的旋转程度。 调整横滚角会使飞机向左或向右倾斜。

向左滚动时,右螺旋桨比左螺旋桨旋转得更快,并且推力更大。 Mobile SDK提供了用于调整横滚角度和速度以实现移动的API。

偏航

上图从上方显示了飞机。 偏航衡量了飞机绕垂直(Z,偏航)轴的旋转。 调整偏航角将改变飞机的航向。

飞机的桨叶有一半是顺时针旋转的,而另一半是逆时针旋转的。 当所有飞机均以相同速度旋转时,飞机的航向将保持恒定。 如果一半旋转速度快于另一半旋转速度,则飞机将绕偏航轴旋转。 飞行控制器可以平衡每个螺旋桨的速度,DJI SDK提供了API设置航向角。

油门

油门通过控制飞机的动力系统来推动飞机运动。 当飞机处于水平状态时,由于所有推力都在垂直方向上,因此调节油门将使飞机上下移动。 但是,当飞机不水平(俯仰或倾角不为零)时,推力将具有水平分量,因此飞机将水平移动。 较大的俯仰角或侧倾角将导致更大的水平推力,从而导致更快的水平运动。

IOC(智能方向控制)

IOC(在Mobile SDK中称为飞行方向模式)定义了飞机如何理解水平飞行命令(向前,向后,向左和向右)。

默认情况下,飞机将相对于自身飞行,因此发送向左命令会导致飞机向左飞行, 如果正在从第一人称视角驾驶飞机,这是合理的。 但是当远距离控制飞机时,可能会造成混乱或不便。

当飞手无法确定飞机的航向时,则很难预测飞机相对于飞手的运动方式。 如果飞机面向飞手,当发出向左飞行的命令时,飞机将向右移动。

因此,我们提供了航向锁定返航点锁定两种模式,它们可以相对于飞手而不是飞机进行移动。 这些模式只在带有"F"和"P"的遥控器上支持。

航向锁定

航向锁定模式使飞机相对于固定航向移动。 如果航向为0度,则为正北方,那么无论飞机的偏航方向如何,只要发出向左飞行命令,飞机就会向西移动。

下图说明了飞行器,其机头方向与航向锁定航向相反,并显示当发出向前或向右命令时,飞行器将相对于其自身分别向后或向左移动。

返航点锁定

返航点锁定模式使飞机相对于返航点径向移动。 向前和向后的命令将分别使飞机远离或靠近原点。 左右命令将使飞机在当前半径处绕返航点进行圆周运动。