六旋翼飞行器平稳着陆方法研究
六旋翼飞行器飞行原理
六旋翼飞行器飞行原理
六旋翼飞行器是一种具有六个旋翼的无人机，它通过旋转六个螺旋桨产生的升力来实现飞行。
这种飞行器的飞行原理可以简单地归纳为"旋翼产生升力，控制旋翼转速来实现飞行方向的调整"。
六旋翼飞行器中的每个旋翼都通过电动机驱动，使其快速旋转。
旋翼的旋转产生了气流，这种气流对着旋翼产生的螺旋桨叶片施加了一个向上的力，也就是升力。
通过控制旋翼的转速，可以控制升力的大小，从而实现飞行器的升降。
六旋翼飞行器通过调整旋翼的旋转速度来实现飞行方向的调整。
当飞行器需要向前飞行时，它会增加前方的旋翼转速，使得飞行器倾斜向前，而向后飞行则相反。
通过控制旋翼转速的差异，可以实现飞行器的转向、左右平移等操作。
六旋翼飞行器还配备了多个传感器和控制系统，以保证飞行器的稳定性和安全性。
例如，陀螺仪可以感知飞行器的姿态，从而调整旋翼转速来保持平衡；加速度计可以感知飞行器的加速度，从而调整旋翼转速来保持稳定。
这些传感器和控制系统的配合使得飞行器能够在空中保持平稳飞行。
六旋翼飞行器的飞行原理是依靠旋翼产生的升力和控制旋翼转速来实现飞行方向的调整。
通过精确控制旋翼的转速和调整飞行器的姿态，六旋翼飞行器能够实现高度灵活的飞行，并广泛应用于航拍、
搜救等领域。
六旋翼飞行器容错飞行控制
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0 引言
近年来， 世界无人飞行器技术不断发展和完善， 尤其在多旋翼飞行器领域取得了长足的 进步。另一方面，随着电网规模的不断扩大，社会发展对输电线路安全运行的需求增大，若 35 不及时对线路进行检测并实施有效维护，极可能导致重大电网安全事故。 无人机在电力巡线方面的成功应用， 极大提高了电力巡线的工作效率， 有效地降低了电 力巡线的人工费用。 但是由于无人机电力巡检技术对飞偶然性故障 （如电机卡死堵转、 旋翼翼面破损、 遥控器信号丢失） ， 往往会导致对电网的次生灾害（如撞上输电杆塔、缠住输电线路）。因此，研究多旋翼飞行 40 器的容错控制，提高其应对偶然性故障的能力则具有重要意义。 本文依据电力巡线[1]这一应用背景，结合近年来国内外对容错飞行控制的理论研究，提 出一种六旋翼飞行器容错飞行控制的控制方法， 可以依据飞行器电调的反馈信息， 实时调节
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Fault-tolerant Control of Hexa-copters
Chen Yang, Wang Shiyong, Li Shaobin, Yang Chengshun, Yang Zhong
20 (College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China) Abstract: The promotion of UAVs(Unmanned Aerial Vehicle) on the power lines inspection requires the flight control system to be more raliable and stable.This paper puts forward a realizable fault-tolerant control project against failures of Hexa-copter's actuators.Firstly,an ESC (Electronic Speed Controller)is designed which can get access to the working status in real time and send status information back to the FCC (Flight Control Computer).Secondly, design sliding mode control law to achieve attitude control after a mathematical model is built based on the Hexa-copter's mechanical structure.Then change the distribution of control to eliminate adverse affects on copters from fault motors according to the status information received from ESCs when there meets actuator stuck faults.Finally testify the control law with simulation software and conduct a testing flight of Hexa-copters. Key words: fault-tolerant control; Hexa-copters; ESCs; actuator stuck
抗时滞LADRC的六旋翼飞行器姿态控制
中图法分类号 TP273;
数学建模
文献标志码 A
线性自抗扰o-electromechanical
system )
传感器、 嵌入式控制技术及新型材料的高速发展， 国 内外对无人机技术的研究力度得到大力发展， 这极 大地推动了世界无人机事业的蓬勃发展， 同时无人 机在民用领域的应用便利了人们的生产生活， 提高 了工作效率[1]。现 在 研 究 的 X 形六旋翼飞行器从 属于旋翼无人机， 与四旋翼飞行器在结构和控制模 型方面相似， 是一种不同于传统直升机， 自由度为六 的欠驱动垂直起飞与降落的飞行器。 国内外无人机研究者对旋翼飞行器的研究做 了大量的工作， 其中有代表性的科研机构有： 美国 的 MIT 实 验 室 、 斯坦福大学、 日本的千叶大学、 德 国的国防科技大学和哈尔滨工业大学、 南京航空 航天大学、 深圳大疆公司等。2 1 世 纪 初 ， 美国斯坦 福 大 学 的 STARMAC工 程 设 计 了 微 型 飞 行 器 自 主 路径跟踪飞行控制系统并建立了相应的实验平 台， 实现了多旋翼飞行器实验室环境下的试飞实 验 ™ 。Rinaldi 等 采 用 PID 和 LQR 控 制 方 法 对 多
sin ( * ) ;/>为升力系数； 叫为
飞行器各个旋翼上电机的旋转角速度。 结 合 对 X 形六旋翼飞行器结构和机体做滚转、 俯仰、 偏航飞行动作时的各个旋翼上力矩变化的分 析， 由牛顿-欧拉方程可得飞行器非线性动力学模 型， 其表达式为
第
1 7 卷 第 6 期 2017 年 2 月 1671 — 1815(2017)06-0077-06
科 学 技 术 与 工 程
Science Technology and Engineering
Vol. 17 No. 6 Feb. 2017 © 2017 Sci. Tech. Engrg.
仿生四足六旋翼无人机自适应着陆性能分析
仿生四足六旋翼无人机自适应着陆性能分析
周乐;尹乔之;魏小辉;孙文宇;梁伟华;聂宏
【期刊名称】《航空工程进展》
【年(卷),期】2024(15)3
【摘要】旋翼无人机在民用和军用领域被广泛应用,但传统橇式起落架在复杂地形下难以起降,为了扩大旋翼无人机的降落面积和应用范围,设计一种仿人腿式两级缓冲自适应起落架。
通过对仿生腿的正逆运动学分析,提出一种自适应起落架姿态调整策略;建立仿生四足六旋翼无人机着陆动力学模型,基于多体动力学软件simcenter 3D开展着陆动力学仿真,并与传统橇式起落架进行着陆性能对比研究。
结果表明:着陆腿式的两级缓冲自适应起落架及其姿态调整策略,能够使滚转角减小95.69%,过载系数降低34.06%,两级缓冲自适应起落架在面对复杂地形时具备主动调节姿态安全着陆的地形适应能力和极好的减震缓冲能力。
【总页数】8页(P45-51)
【作者】周乐;尹乔之;魏小辉;孙文宇;梁伟华;聂宏
【作者单位】南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室;南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室;南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V279
【相关文献】
1.四旋翼无人机单目视觉自主着陆系统研究
2.全自主双发油动四旋翼无人机着陆轨迹跟踪方法分析
3.基于PD控制的四旋翼无人机着陆控制研究
4.基于TensorFlow 的四旋翼无人机着陆地标识别
5.54所成功研制出四旋翼、六旋翼和系留无人机
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一种基于SVM的六旋翼飞行器安全防护方法研究
一种基于SVM的六旋翼飞行器安全防护方法研究发布时间：2022-03-11T08:21:15.912Z 来源：《科技新时代》2022年1期作者：时潮梅子杰刘乔王瑞琪徐天洋[导读] 针对六旋翼飞行器失控状态保护问题，本文提出了一种基于SVM的六旋翼飞行器的安全防护方法，通过六旋翼飞行器的失控飞行试验验证了该方法的可行性。
本文主要利用六轴姿态传感器和高度传感器实施解算六旋翼的姿态和高度信息，监控飞行器状态，并通过SVM 建立姿态检测判据，当检测系统判断六旋翼飞行器失控时，自动打开自抛式降落伞装置，对其进行施救，实现飞行器危险状态的安全处理，进而减少飞行器研究与实验成本、降低飞行危险、提高了飞行的稳定性和安全性。
（上海机电工程研究所，上海 201109）摘要：针对六旋翼飞行器失控状态保护问题，本文提出了一种基于SVM的六旋翼飞行器的安全防护方法，通过六旋翼飞行器的失控飞行试验验证了该方法的可行性。
本文主要利用六轴姿态传感器和高度传感器实施解算六旋翼的姿态和高度信息，监控飞行器状态，并通过SVM建立姿态检测判据，当检测系统判断六旋翼飞行器失控时，自动打开自抛式降落伞装置，对其进行施救，实现飞行器危险状态的安全处理，进而减少飞行器研究与实验成本、降低飞行危险、提高了飞行的稳定性和安全性。
关键词：六旋翼飞行器；SVM；姿态检测；自抛式降落伞；失控；安全防护 0 引言六旋翼飞行器属于旋翼式垂直起降飞行器，是一种拥有较大载荷的飞行器。
它通过利用空气动力来克服自己机身的重量，由于其结构简单、控制灵活，因此获得了较多的关注。
随着新型材料、惯导技术和飞控系统的发展，小型多旋翼的发展迅速，逐渐成为人们关注的焦点。
但是六旋翼飞行器具有多变量、非线性、强耦合等特性，且在飞行过程中会遇到风力扰动、发动机振动等多种不确定意外故障，其飞行器的任何一个部分发生故障和失误，后果都难以想象。
但近几年，无人机事故时有发生，并且由此造成巨大的经济损失。
空中飞行器的起飞和着陆技巧
空中飞行器的起飞和着陆技巧飞行是人类梦想已久的一种行为，而空中飞行器的起飞和着陆技巧则是飞行过程中至关重要的环节。
本文将就空中飞行器起飞和着陆的技巧进行探讨，以帮助飞行爱好者和专业人士更好地理解和掌握飞行基本操作。
一、起飞技巧起飞是航空飞行的第一步，它包括了从静止状态到离开地面并开始爬升的整个过程。
下面将介绍一些起飞的技巧。
1.选择适当的起飞速度：每种飞行器都有其推荐的起飞速度范围，这取决于飞机的性能和当前的运行环境。
过慢的起飞速度可能导致起飞不足，而过快的起飞速度则可能影响安全性。
飞行员需要根据实际情况，合理选择起飞速度。
2.提前进行预起飞检查：在飞行前，飞行员需要仔细检查飞机的各个部件和系统，确保其运行正常。
这包括检查发动机、航电设备、起落架等。
只有在确保所有系统正常运行的情况下，才能进行起飞。
3.控制好飞机的姿态：在起飞过程中，飞行员需要注意控制飞机的姿态。
正确的姿态控制有助于提高飞机的升力和稳定性，保证飞机安全地离开地面。
飞行员需要通过掌握操纵杆和脚蹬的技巧，灵活调整飞机的俯仰、滚转和偏航。
二、着陆技巧着陆是飞行的最后一步，也是最关键的一步。
下面将介绍一些着陆的技巧。
1.合理的下降率控制：在着陆前，飞行员需要减小飞机的高度，降低飞机的速度，以确保安全着陆。
控制好下降率是关键，过快的下降率可能导致坠毁，而过慢的下降率则可能导致飞机失速。
飞行员需要通过调整油门、升降舵和副翼来控制下降率。
2.选择合适的着陆点：在接近跑道时，飞行员需要选择合适的着陆点，以确保飞机准确着陆。
一般来说，着陆点应该在跑道接触区域之前，以允许飞机缓冲距离，保证安全。
飞行员可以通过观察跑道标志和使用仪表辅助来选择合适的着陆点。
3.确保着陆的平稳性：在接近着陆时，飞行员需要逐渐减小油门，使飞机平稳地接触地面。
过猛的油门减小可能导致飞机失速，过缓的减小可能导致飞机落地时速度过快。
着陆后，飞行员需要正确使用刹车和襟翼来降低飞机的速度，并保持飞机的平稳行驶。
六旋翼飞行器建模及位置跟踪控制
六旋翼飞行器建模及位置跟踪控制王伟;邱启明【摘要】为实现六旋翼的位置跟踪与控制功能，对六旋翼飞行器的数学模型进行了分析，通过线性化得到了其简单数学模型。
在简化的数学模型基础之上设计了基于PID(比例-积分-微分控制器)控制算法的姿态控制器和位置控制器，控制器仿真结果表明位置跟踪误差小于2%。
飞行实验中飞行器准确追踪给定的姿态角精度大于80%，飞行器性能稳定，实现方法合理。
%In order to accomplish control functions,a simple mathematical model was achieved after the model of six-rotor unmanned aerial( UAVs) vehicle was analyzed and linearnized. Attitude controller and position controller was designed based on PID ( Proportional-Integral-Derivative ) control algorithm and the simply mathematical mentioned above. The results of simulation putted on position controller showed that position error is less than two percent. The degree of accuracy on the fact that the reference input was correctly traced by UAVs is greater than eighty percent during the flight test. The performance is stable,and the implementation method is reasonable.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】7页(P507-513)【关键词】控制工程;位置跟踪;PID控制;数学建模;姿态控制【作者】王伟;邱启明【作者单位】南京信息工程大学信息与控制学院，南京210044;南京信息工程大学信息与控制学院，南京210044【正文语种】中文【中图分类】V249近些年来，无人机(Unmanned Aerial Vehicle)在救援、安保、巡查和航拍等方面的广泛应用已引起人们的广泛关注，这些应用对无人机的稳定悬浮、操作灵活和安全等性能提出了极大挑战。
飞行器飞行控制方法的研究
飞行器飞行控制方法的研究随着科技的不断发展，人类对于飞行控制方法的研究也越来越深入。
从最初的手动控制，到现在的自动控制，飞行器的飞行控制方法得到了巨大的进步。
简介飞行器飞行控制方法的研究是指人类探究如何将飞行器在空中保持平稳飞行、如何避免空中发生不可控的事件和事故，从而达到安全、高效、方便的飞行。
传统控制方法在早期的飞行器中，采用的是手动控制方法，飞行员需要通过操控驾驶杆、油门、踏板等控制器，来控制飞机的姿态、速度等参数。
但是，这种方法需要掌握非常高的技能，而且对人的身体素质要求也非常高。
近年来的飞行控制方法随着控制技术的提高，自动控制逐渐进入了人们的视野。
现代飞行器已经完全可以采用自动控制了。
这种自动控制方法可以将飞机转向、升降、速度控制、起飞、降落等操作全都交由计算机控制，通过提前设定的参数和算法来实现对飞机航线和姿态的控制。
例如，现代飞机上配备的惯性导航系统，能够通过计算不同时间段内的飞行器位姿、速度变化及加速度变化，来确定其当前的位置、方向和速度等关键参数，从而实现自动飞行的控制。
同时通过引入GPS技术，在起飞、巡航、进近和着陆的过程中，完全可以实现自动控制飞行。
未来的研究方向随着机器学习和人工智能的快速发展，未来的飞行控制方法也有了更多的探索方向。
例如，引入深度学习的技术，可以大大提高系统的自适应能力，实现更高效、更安全的飞行控制。
另外，无人驾驶技术也已经逐渐地走进了人们的视野，控制自主的飞行器，成为未来的研究方向。
结论总之，飞行器飞行控制方法的研究是需要不断关注、探究和发展的。
随着科技的不断进步，人类对于飞行器控制的方法也在不断地创新和改进，这将极大地提高飞行器的性能和使用效率，为飞行安全保障作出巨大的贡献。
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高度 大于 １ ０米 时 ， 测量 误差 约为 ０ ． ５米 ， 而在 飞行 高度 小 于 ５米后 ， 测 量误 差接 近 １米 ， 这种 现 象致 使 飞
六 旋 翼 飞 行 器 平 稳 着陆 方 法 研 究
崔凤利 ， 杨 立 志
（ 江 阴职业技术学 院， 江苏 江 阴 ２ １ ４ ４ ３ ３ ）
摘 要 ：ＭＷＣ一 ２ ０ １ ２六旋 翼飞行器 采用 气压 计进 行高度检测 ， 在 低空着 陆时 ， 气压计 测量误差 很大 ， 造成频 繁
摔机 。为 了克服这种现象 ， 本文采用超声测距模块替代气压计实现飞行器着陆前 的高度判定 ， 实践表 明 ， 依据 超
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知 ， 测量声波在发射后遇到障碍物反射 回 来的时间， 根据发射和接收的时间差计算 出发射点到障碍物的实 际距离 。由此可见 ， 超声波测距原理与
雷达 原理 是一 样 的。
测距 的公 式表示 为 ： Ｌ＝Ｃ×Ｔ
收稿 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ５ — ２ ５
测 距 角度 范 围
可达３ ｍｍ
１ ２ ０度
２ 安全 着 陆 系统 改 造 方 案
ＭＷＣ一 ２ ０ １ ２飞行器采 用 ａ ｔ ｍｅ ｇ ａ ２ ５ ８ ０核飞控 板 ， 该 飞控 板 提供 四路 主控 制通 道 ： 横滚 （ １ 通道 ） ， 升降 （ ２通道 ） ， 油门（ ３通 道 ） ， 自旋 （ ４通 道 ） 。每 路通 道用 于从 遥控 器 接 收控 制信 号 控 制舵 机 完成 规定 动 作 ， 对舵 机进 行控 制事 实上 是通 过调 节各 通道 输入 信号 的 占空 比完 成 的 ， 当飞行 器 着 陆 时 ， 由 于气 压计 测 量 误差 以及 人工 操作 遥控 器 的抖动 都会 使各 通道输 入 信 号 占空 比达 不 到标 准 要 求 ， 致使 飞 行 器摔 机 ， 为 了 解决 这一 问题 ， 我们 对原 飞 控板外 围控 制器 进行 了扩 展 ， 采用 ８ ０ ５ １ 单 片机 配合 ＨＣ—Ｓ Ｒ ０ ４超声 波 测距 模 块完 成着 陆 时地 面距离 测量 ， 同时通 过 ８ ０ ５ １单 片机外 部接 口向主控 制通 道提供 规 范 的控 制信 号 ， 从 而达 到控 制 飞行器 安全 着陆 的 目的 ， 另 外 为 了能够保 证 飞行器 接 受地 面 控制 指 令 ， 利用 ８ ０ ５ １的 串 口外 接 ｚ ｉ ｇ — ｂ ｅ ｅ无线 通 信模块 实 现与地 面 通信 。
１ 超声 波 测距
超声 波指 向性强 ， 能量 消耗 缓慢 ， 在介 质 中传 播 的距 离较 远 ， 因而 近 年来 ， 超 声 波 被 广泛 用 于距 离 的
测量 ， 如测距仪和物位测量仪等都可 以通过超声波来实现。利用超声波测距快速 、 方便 、 计算简单 、 易于
做 到实 时控制 ， 并且 在测 量精度 方 面能达 到工业 实 用 的要求 ， 因此 在 移动 机 器 人 、 空 中机 器 人 、 工业 机 器 人等 研制 上也 得到 了广 泛 的应 用 。
具 体工作 参 数如 下表 １所示 ：
表１ Ｉ － Ｉ Ｃ— Ｓ Ｒ ０ ４超声波测距模块工作参数表
工 作 电压 静 态 电流
小于２ ｍＡ
电平输 出
电平 输 出 感 应 角 度 探 测 距 离
高５ Ｖ
低０ Ｖ 不大于 １ ５度
２ｃ ｍ 一４５ ０ｃ ｍ
高精度 阈值距离
作者简 介 ：崔风利 （ １ ９ ６ ２一） ， 男， 黑龙江齐齐 哈尔人 ， 副教授 ， 高 级工程师 ， 主要研究 方 向为计算 机软件与 多媒 体 ； 杨 立 志， （ １ ９ ７ ３一） ， 男， 安徽砀山人 ， 硕 士研究生 ， 讲师 ， 主要研究方 向为 图形 图像处理 。
第 ６期
行器着 陆 时翼机 转速很 不稳 定 ， 经常造 成摔 机 ， 给 飞行 器 带来 很 大 的破坏 。为 了能 精 确 的测 量 到 飞行 器
在降 落过程 中的低空 高度 ， 以便 有效 给 出翼 机旋 转信 号 ， 保 证 飞行器 平稳 着陆 ， 在六 旋翼 飞行 器 原有 的高 度测 量系统 中增 添 了超声测 距 功能 ， 用来 检测 飞行 器低 空 飞 行 高度 ， 特 别 用 在 飞行 器 着 陆期 间 检测 地 面 距离 ， 给 出翼机 飞行参 数 。
０ 引言
近年来 ， 遥控 飞行 器在抢 险救 灾 、 环 境测 量等 领域 发挥 的重要 作 用越来 越被 人们 接受 和 重视 ， 对 于遥
控 飞行 器 的载重 能力 、 续航 能力 、 自适 应 飞行 、 定 位 导 航 等许 多 方 面逐 渐 成 为 近年 来研 究 的热点 ¨ ， 飞
声测距进行着陆判断 ， 能够 有 效 防止 摔 机 现象 。
关键词 ：六旋翼飞行器 ； 频 繁摔机 ； 超声测距
中 图分 类号 ：Ｔ Ｐ ８ ０ ２ ． ２ ； Ｖ ２ ７ ９ ． ２ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：２ ０ ９ ５ — ７ ３ ９ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ － ０ ０ ３ ８ － ０ ４
第２ ０卷 第 ６期
２ ０ １ ４年 １ ２月
江
苏
理
工
学
院
学
报
Ｖｏ１ ． ２ ０． ＮＯ ． ６
Ｄｅ ｃ ．． ２ ０ １ ４
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｊ Ｉ Ａ Ｎ Ｇ Ｓ Ｕ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
崔凤利 杨立志 ：六旋翼飞行器平稳着陆方法研究
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式中 Ｌ为测量的距离长度 ； Ｃ为超声波在空气中的传播速度 ； Ｔ为测量距离传播 的时间差（ 丁为发射
到接 收 时间数 值 的一半 ） 。 Ｈ Ｃ—Ｓ Ｒ ０ ４超声 测距模 块 性能稳 定 ， 测度 距离 精确 ， 能 和 国外 的 Ｓ Ｒ Ｆ ０ ５ ， Ｓ Ｒ Ｆ ０ ２等超 声 波测 距 模块 相
媲美 。该模块被广泛应用于物体测距 、 液位检测、 公共安防停车场检测等场合 ， 其工作特点是 ： 采用 Ｉ Ｏ 口Ｔ Ｒ Ｉ Ｇ触发测距 ， 给至少 １ ０ ｕ ｓ 的高电平信号 ；
模块 自动发 送 ８个 ４ ０ ｋ Ｈ ｚ的方 波 ， 自动 检测 是否 有信号 返 回 ； 有 信号返 回 ， 通过 １ ０ 口Ｅ Ｃ ＨＯ输 出一个 高 电平 ， 高 电平 持 续 的 时 间就 是 超 声 波从 发 射 到 返 回的 时 间。测 试距 离 ＝（ 高 电平 时 间 声 速 （ ３ ４ ０ ｍ ／ ｓ ） ） ／ ２ ；