Olen kuulnud mainivat, et kvadrokopterid on oma olemuselt ebastabiilsed ja stabiilseks muutuvad ainult kontrolli tõttu. Mida tähendab selles kontekstis olemuslikult ebastabiilne ja miks on kvadrokopterid oma olemuselt ebastabiilsed?
Stabiilne süsteem on selline, kus on jõud, mis lükkab süsteemi tagasi oma algsesse olekusse, kui süsteem oma tasakaalupunktist nihutatakse.
Näiteks kui juht istub autosse, on auto ühel küljel rohkem kaalu kui teisel, kuid auto ei lähe ümber. Auto sellel küljel olevad vedrud suruvad kokku ja suruvad ratastele tugevamalt. Rehvid suruvad maapinnal tugevamalt ja maa tõukub tagasi. Maast tulenev lisajõud tasakaalustab täpselt lisaraskuse ja (võib-olla hetkeks põrgatades) auto lakkab liikumast.
Ebastabiilses süsteemis öelge, kui harja on ideaalsest tasakaalust liikudes vertikaalselt tasakaalus. punktgravitatsioon tõmbab selle kaugemale ja see kiireneb.
Quadcopteri jaoks pole jõudu, mis tagastaks selle algsesse asukohta, hoides seda horisontaalselt või isegi takistaks järkjärgulist veeremist.
Isegi kui iga mootori tõukejõud oli täpselt sama ja kaal oli täiesti tasakaalus, pole see tõenäoliselt täiesti paigal. Kui on isegi väike samm või rull, suureneb horisontaalne nurk järk-järgult. Kui nurk suureneb, suureneb külgsuunaline tõukejõud ja droon kiireneb.
Nii et veeremiskiirus on püsiv, nurk ja kiirendus suurenevad lineaarselt, horisontaalne kiirus suureneb kiirenduse kasvades kiiremini ja kaugus kiirusest algasend suureneb kiiruse kasvades veelgi kiiremini. Piloodi jaoks näib, et droon kiireneb oma algsest asendist kaugemale nagu harja ümber kukkumine.
Süsteemiinseneri jaoks on drooni pöörlemine neutraalselt stabiilne - ei ole jõude, mis suureneksid või pöörlemiskiiruse vähendamine. Kuid kiirus ja asend on ebastabiilsed - kui see liikuma hakkab, siis see kiireneb.
Peaksin mainima, et on ka teise järgu (s.t suhteliselt väheolulisi) jõude. Kui teil oleks drooni peal suur uim, viiks uime aerodünaamiline lohistamine drooni püsti, kui kiirus kasvab ja piirab maksimaalset kiirust - praktikas pole see kasulik, kuna see ei tagasta drooni oma algne asukoht.
Sisemine stabiilsus on aeronautika mõiste - see on õhusõiduki kalduvus naasta tasakaalu, kui piloot vabastab juhtelemendid. Quadcopterid pole oma olemuselt stabiilsed.
Oletame, et teil on quadcopter paremal veeremas:
( pildiallikas)
Quadcopter vajab statsionaarsel hõljukil taastamiseks aktiivseid loendureid:
( pildiallikas)
See tähendab, et kvadrokopter on oma olemuselt ebastabiilne.
See pole täiesti õige, et kvadrokopterid on ebastabiilsed. Enamiku kaubanduslike kopterite raskuskese on propelleri tasapinnast madalamal ja seega tegelikult stabiilne. Erinevalt sellest soovite, et teatud õhusõidukid oleksid parema liikuvuse saavutamiseks ebastabiilsed. Näiteks on mõned reaktiivlennukid ebastabiilsed ja vajavad elektroonilist stabiliseerimist isegi tavalise edasilennu korral.