Hallottam már említést arról, hogy a kvadrokopterek eleve instabilak és csak az irányítás miatt válnak stabilakká. Mit jelent a természeténél fogva instabil ebben az összefüggésben, és miért eredendően instabil a kvadrok?
A stabil rendszer az, ahol olyan erő van, amely visszatolja a rendszert az eredeti állapota felé, amikor a rendszert elmozdítják az egyensúlyi pontról.
Például, amikor a sofőr beszáll egy autóba, ott nagyobb súly az autó egyik oldalán, mint a másik, de az autó nem fordul meg. Az autó azon oldalán lévő rugók összenyomódnak és erősebben nyomják a kerekeket. A gumik erősebben nyomódnak a talajon, a talaj pedig visszaszorul. A talajtól érkező extra erő pontosan kiegyensúlyozza a plusz súlyt, és (miután egy pillanatra felpattanhat) az autó megáll.
Egy instabil rendszerben mondjuk egy seprűt függőlegesen kiegyensúlyozva, ha elmozdul a tökéletes egyensúlyból. a pont gravitációja távolabb húzza, és gyorsul.
A kvadrokopter számára nincs olyan erő, amely visszaállítaná az eredeti helyére, vízszintesen tartaná, vagy akár megakadályozná a fokozatos gördülést.
Még akkor is, ha az egyes motorok tolóereje pontosan megegyezik, és a súly tökéletesen kiegyensúlyozott, nem valószínű, hogy tökéletesen álló helyzetben lenne. Ha van még egy kis mennyiségű dőlés vagy gördülés is, akkor a vízszintes szög fokozatosan növekszik. A szög növekedésével nő az oldalirányú tolóerő és a drón felgyorsul.
Tehát a gördülési sebesség állandó, a szög és a gyorsulás lineárisan növekszik, a vízszintes sebesség gyorsabban növekszik, amikor a gyorsulás növekszik, és a távolság a a kiindulási helyzet a sebesség növekedésével még gyorsabban növekszik. A pilóta számára úgy tűnik, hogy a drón gyorsul az eredeti helyzetétől, éppúgy, mint a seprű felborulása.
Rendszertechnikusnak a drón forgása semleges - nincs erő, amely növekszik vagy csökkentve a forgási sebességet. A sebesség és a helyzet azonban instabil - amint elindul, felgyorsul.
Meg kell említenem, hogy vannak másodrendű (azaz viszonylag kisebb) erők is. Ha egy nagy uszony lenne a drón tetején, az uszony aerodinamikai húzása a drónt egyenesbe állítaná, miközben a sebesség növekszik és korlátozza a maximális sebességet - a gyakorlatban ez nem hasznos, mivel nem adja vissza a drónt eredeti helyzet.
A benne rejlő stabilitás az aeronautika fogalma - a repülőgép hajlamos arra, hogy visszatérjen az egyensúlyba, amikor a pilóta elengedi az irányításokat. A kvadrokopterek önmagukban nem stabilak.
Tegyük fel, hogy a quadcopter jobbra gördül:
( képforrás)
A quadcopter aktív számláló manővereket igényel, hogy helyreállítsa a lebegést:
( képforrás)
Ez azt jelenti, hogy a quadcopter eredendően instabil.
Nem teljesen helyes, hogy a quadokopterek instabilak. A legtöbb kereskedelmi helikopter súlypontja a légcsavar síkja alatt van, és így valóban stabilak. Ezzel szemben azt szeretné, ha bizonyos repülőgépek instabilak lennének a jobb mozgékonyság érdekében. Például egyes sugárhajtású vadászgépek instabilak és még a normál előre repüléshez is elektronikus stabilizációra van szükségük.