Jeg har hørt det nevnt at quadcopters iboende er ustabile og bare blir stabile på grunn av kontroll. Hva betyr iboende ustabilt i denne sammenhengen, og hvorfor er quadcopters iboende ustabile?
Et stabilt system er et der det er en kraft som skyver systemet tilbake til dets opprinnelige tilstand når systemet flyttes fra balansepunktet.
For eksempel når føreren setter seg inn i en bil, er det mer vekt på den ene siden av bilen enn den andre, men bilen vender ikke. Fjærene på den siden av bilen komprimerer og skyver hardere på hjulene. Dekkene skyver hardere på bakken og bakken skyver tilbake. Den ekstra kraften fra bakken balanserer nøyaktig den ekstra vekten, og (etter muligens sprett et øyeblikk) slutter bilen å bevege seg.
I et ustabilt system, si en kost balansert vertikalt når den beveger seg fra den perfekte balansen punkt tyngdekraften vil trekke den lenger bort og den akselererer.
For en quadcopter er det ingen kraft som returnerer den til sin opprinnelige plassering, holder den vannrett eller til og med forhindrer en gradvis rulling.
Selv om skyvekraften fra hver motor var nøyaktig den samme, og vekten var perfekt balansert, er det svært lite sannsynlig at den vil være helt stille. Hvis det til og med er en liten mengde tonehøyde eller rull, vil vinkelen fra horisontal gradvis øke. Når vinkelen øker, øker skyvekraften og dronen akselererer.
Så rullehastigheten er konstant, vinkelen og akselerasjonen øker lineært, den horisontale hastigheten øker raskere når akselerasjonen bygger, og avstanden fra startposisjonen øker enda raskere etter hvert som hastigheten bygger seg opp. For piloten ser det ut som at dronen akselererer vekk fra sin opprinnelige posisjon omtrent som kosten som faller over.
For en systemingeniør er rotasjonen til dronen nøytral stabil - det er ingen krefter som øker eller redusere rotasjonshastigheten. Imidlertid er hastigheten og posisjonen ustabil - når den begynner å bevege seg, akselererer den.
Jeg bør nevne at det også er andreordens (dvs. relativt små) krefter. Hvis du hadde en stor finne på toppen av dronen, ville aerodynamisk drag på finnen returnere dronen til oppreist når hastigheten bygger opp og begrense maksimumshastigheten - i praksis er dette ikke nyttig ettersom den ikke returnerer dronen til sin opprinnelig posisjon.
Iboende stabilitet er et begrep fra luftfart - det er tendensen til et fly å gå tilbake til en likevekt når kontrollene frigjøres av piloten. Quadcopters er ikke i seg selv stabile.
Si, du har quadcopteren rullende til høyre:
( bildekilde)
En quadcopter krever aktive motmanøvrer for å gjenopprette den til en stasjonær svever:
( bildekilde)
Dette betyr at quadcopter iboende er ustabil.
Det er ikke helt riktig at quadcopters er ustabile. De fleste kommersielle kopimaskiner har et tyngdepunkt langt under propellplanet og er dermed faktisk stabile. I motsetning til det vil du at visse fly skal være ustabile for bedre smidighet. For eksempel er noen jetfighters ustabile og trenger elektronisk stabilisering selv for normal flytur fremover.