Jacob B
2020-05-18 06:13:30 UTC
クワッドコプターは本質的に不安定であり、制御によってのみ安定するという話を聞いたことがあります。この文脈で本質的に不安定とはどういう意味ですか、そしてなぜクワッドコプターは本質的に不安定なのですか？
質問:
三 答え:
Robin Bennett
2020-05-18 14:35:07 UTC
安定したシステムとは、システムがバランスポイントから移動したときに、システムを元の状態に戻す力があるシステムです。
たとえば、ドライバーが車に乗り込むと、車の片側の重量が反対側よりも大きいが、車はひっくり返らない。車のその側のスプリングは、ホイールを圧縮して強く押します。タイヤは地面を強く押し、地面は押し戻します。地面からの余分な力が余分な重量のバランスを正確に取り、（おそらく一瞬バウンドした後）車は動きを停止します。
不安定なシステムでは、完全なバランスから移動すると、垂直方向にバランスの取れたほうきを言います。点重力はそれをさらに引き離し、加速します。
クワッドコプターの場合、元の位置に戻したり、水平に保持したり、段階的な回転を妨げたりする力はありません。
各モーターからの推力がまったく同じで、重量が完全にバランスしていても、完全に静止している可能性はほとんどありません。ピッチやロールが少しでもあると、水平からの角度が徐々に大きくなります。角度が大きくなると、横方向の推力が大きくなり、ドローンが加速します。
したがって、ロールレートは一定で、角度と加速度は直線的に増加し、水平方向の速度は加速度が大きくなるにつれて速く増加し、速度が上がるにつれて、開始位置はさらに速く増加します。パイロットには、ほうきが倒れるようにドローンが元の位置から加速しているように見えます。
システムエンジニアにとって、ドローンの回転は中立的に安定しています。力が増加したり、力が増加したりすることはありません。回転速度を下げます。ただし、速度と位置は不安定です。動き始めると加速します。
二次（つまり比較的マイナーな）力もあることを言及する必要があります。ドローンの上に大きなフィンがある場合、フィンを空力的に引きずると、速度が上がるにつれてドローンが直立状態に戻り、最大速度が制限されます。実際には、ドローンが元の速度に戻らないため、これは役に立ちません。元の位置。
航空機の翼の二面角のように、ローターを中心に向かって少し上に傾けてクワッドが構築されない理由はありますか？これはそれらをより安定させませんか？
@LeeDanielCrocker航空機の二面角は、翼が揚力を生成する方法により、安定性を向上させます。ローリングモーションは、航空機の前進モーションに対して*横滑り*を引き起こします。この横滑りは、翼の二面角と組み合わされて、一方の翼が他方よりも大きな揚力を生み出し、ロールを打ち消します。クワッドローターは同じように揚力を生成しないため（実際、ホバリング時に「横滑り」は無意味です）、ローターを傾けるだけでは同じ効果はありません。
また、ドローンの角度（したがって横方向の加速度）が大きくなると、ドローンが受ける揚力が減少し、最終的には空から落下します。
その議論は私には疑わしいように聞こえる@David。横滑りが風上側からの二面角翼の揚力を増加させる理由は、それがより高い有効迎え角をもたらすからです。同様に、二面角傾斜ローターは、風下側よりも風上側の方がAOAが高くなります。したがって、これでクワッドコプターが安定しない（つまり、ドリフトの動きが増え続けるのを防ぐ）場合、その理由は、AOAが翼よりもローターで重要であり、ドリフトが横滑りであるか、単に望ましくない動きであるかについては何も重要ではないためです。ホバリングしようとしています。
@LeeDanielCrockerこのようなことが行われない主な理由は、フライトコントローラーが状況に対処する上で完全に優れた仕事をしているからだと思います。本質的に安定しているドローンが持つ利点は実際にはありません。
バッテリーを底からぶら下げるとかなりの安定性が得られますが、ユーザーが速度を観察するときは、加速度をゼロに向けて安定させています。
Daniil
2020-05-18 14:24:05 UTC
固有の安定性は航空学の概念です。パイロットが操縦装置を離すと、航空機が平衡状態に戻る傾向があります。 クワッドコプターは本質的に安定していません。
たとえば、クワッドコプターが右に回転しているとします：
（画像ソース）
クワッドコプターを静止ホバーに戻すには、アクティブなカウンター操作が必要です。
（画像ソース）
これは、クワッドコプターが本質的に不安定であることを意味します。
彼が探している言葉は混沌としていると思います。パイロットがクワッドコプターを制御しない場合、それはセルフレベリングしますが、小さな風が吹くと、どの方向にもドリフトする可能性があります...
@Diamondx要点は、クワッドコプターはコンピューター制御の調整のためにセルフレベリングのみを行うということです。ローターをオンにしてすべてのコントロールを取り外した場合（コンピューターの電源がオフになり、パイロットがトイレ休憩に出かけた場合）、クワッドコプターはすぐに空から転がり落ちます。これは、制御が解除されたときに自然に（少なくともしばらくの間）安定した飛行を維持する多くの航空機とは対照的です。
@Diamondxフレームに4つのモーターを配置してオンにすると、**常に**反転し、**決して**セルフレベリングしません。コンピューターは、クワッドコプターがひっくり返るのを防ぐために、常にパイロットする必要があります。それが本質的に不安定であることの意味です。本質的に安定したシステムは、頭脳やソフトウェアなしでそのままにしておくと、それ自体が修正されるというものです。この例は、完全に展開されたパラシュートで、常に正しい方向に落下します。最新のコンピューター化されたジェット戦闘機を除くほとんどすべての飛行機は安定しています。パイロット機を取り外すと、地面に着くまで正しい方向に飛行します
@Diamondxいいえ、不安定は正しい言葉です。 「カオス」はまったく別のものです（初期条件に依存します）。システムは混沌とせずに不安定になる可能性があります。たとえば、x_ {k + 1} = 2x_k、k = 0,1,2、....（ここでは数学者）の解。
（または、無限大を処理する必要がないため、より良い例として、ゼロ付近の初期点の[ロジスティック方程式]（https://en.wikipedia.org/wiki/Logistic_function#Logistic_differential_equation）。）
カオスと不安定性の定義に焦点を当てる（ここでは制御システムを専門とする応用数学者）。 @FedericoPoloni'sのコメントに基づいて、素人の言葉で言えば、カオスシステムとは、初期条件のわずかな違いが結果の劇的な違いにつながるシステムであると言います。鏡を壊した後に残っている個々のガラス片を想像してみてください。破損は安定していますが、破片の形状は大きく異なり、予測することはほとんど不可能です。
Simon Bethke
2020-05-18 23:46:32 UTC
クワッドコプターが不安定であるというのは完全には正しくありません。ほとんどの商用ヘリコプターは、プロペラ面よりずっと下に重心があるため、実際には安定しています。それとは対照的に、敏捷性を高めるために特定の航空機を不安定にする必要があります。たとえば、一部のジェット戦闘機は不安定で、通常の前進飛行でも電子安定化が必要です。
重心が「プロペラ面よりはるかに下」にある場合、システムは安定していますが、有用な方法ではありません。加速すると、空気力学は、重心が先導するようにヘリコプターを反転させようとします（ダーツの動作）。 https://en.wikipedia.org/wiki/Pendulum_rocket_fallacyを参照してください
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