四旋翼无人直升机飞行控制技术综述_甄红涛

四旋翼无人直升机飞行控制技术综述_甄红涛
四旋翼无人直升机飞行控制技术综述_甄红涛

四旋翼飞行器论文(原理图 程序)..

四旋翼自主飞行器(B题) 摘要 系统以R5F100LE作为四旋翼自主飞行器控制的核心,由电源模块、电机调速控制模块、传感器检测模块、飞行器控制模块等构成。飞行控制模块包括角度传感器、陀螺仪,传感器检测模块包括红外障碍传感器、超声波测距模块、TLS1401-LF模块,瑞萨MCU综合飞行器模块和传感器检测模块的信息,通过控制4个直流无刷电机转速来实现飞行器的欠驱动系统飞行。在动力学模型的基础上,将小型四旋翼飞行器实时控制算法分为两个PID控制回路,即位置控制回路和姿态控制回路。测试结果表明系统可通过各个模块的配合实现对电机的精确控制,具有平均速度快、定位误差小、运行较为稳定等特点。

目录 1 系统方案论证与控制方案的选择............................................................................................. - 2 - 1.1 地面黑线检测传感器............................................................................................................. - 2 - 1.2 电机的选择与论证................................................................................................................. - 2 - 1.3 电机驱动方案的选择与论证................................................................................................. - 3 - 2 四旋翼自主飞行器控制算法设计............................................................................................. - 3 - 2.1 四旋翼飞行器动力学模型..................................................................................................... - 3 - 2.2 PID控制算法结构分析.......................................................................................................... - 3 - 3 硬件电路设计与实现................................................................................................................. - 5 - 3.1飞行控制电路设计.................................................................................................................. - 5 - 3.2 电源模块................................................................................................................................. - 6 - 3.3 电机驱动模块......................................................................................................................... - 6 - 3.4 传感器检测模块..................................................................................................................... - 7 - 4 系统的程序设计......................................................................................................................... - 8 - 5 测试与结果分析......................................................................................................................... - 9 - 5.1 测试设备................................................................................................................................. - 9 - 5.2 测试结果................................................................................................................................. - 9 - 6 总结........................................................................................................................................... - 10 - 附录A 部分程序清单.................................................................................................................. - 11 -

2015年全国大学生电子设计大赛四旋翼飞行器论文

2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器(C题) 2015年8月15日

摘要 本文对四旋翼碟形飞行器进行了初步的研究和设计。首先,对飞行器各旋翼的电机选择做了论证,分析了实际升力效率与PWM的关系并选择了此样机的最优工作频率,并重点对飞行器进行了硬件和软件的设计。 本飞行器采用瑞萨R5F100LEA单片机为主控制器,通过四元数算法处理传感器MPU6000采集机身平衡信息并进行闭环的PID控制来保持机身的平衡。整个控制系统包括电源模块、传感器检测模块、电机调速模块、飞行控制模块及微处理器模块等。角度传感器和角速率传感模块为整个系统提供飞行器当前姿态和角速率信号,构成飞行器的增稳系统。本系统经过飞行测试,可以达到设计要求。关键字:R5F100LEA单片机、传感器、PWM、PID控制。

目录 1系统方案 (1) 1.1电机的论证与选择 (1) 1.2红外对管检测传感器的论证与选择 (1) 1.3电机驱动方案的论证与选择 (2) 2系统控制理论分析 (2) 2.1控制方式 (2) 2.2 PID模糊控制算法 (2) 3控制系统硬件与软件设计 (4) 3.1系统硬件电路设计 (4) 3.1.1系统总体框图 (4) 3.1.2 飞行控制电路原理图 (4) 3.1.3电机驱动模块子系统 (5) 3.1.4电源 (5) 3.1.5简易电子示高模块电路原理图 (6) 3.2系统软件设计 (6) 3.2.1程序功能描述与设计思路 (6) 3.2.2程序流程图 (6) 4测试条件与测试结果 (7) 4.1 测试条件与仪器 (7) 4.2 测试结果及分析 (7) 4.2.1测试结果(数据) (7) 4.2.2测试分析与结论 (8) 附录1:电路图原理 (9) 附录2:源程序 (10)

四旋翼无人机毕业设计

渤海大学本科毕业论文(设计)四旋翼无人机设计与制作 The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle 学院(系): 专业: 学号: 学生姓名: 入学年度: 指导教师: 完成日期:

摘要 四旋翼无人机飞行器因为它的结构简单,而且控制起来也很方便,因此它成为了近几年来发展起来的热门产业。在这里本文详细的介绍了四旋翼飞行器的设计和制作的过程,其中包括了四旋翼无人机飞行器的飞行原理,硬件的介绍和选型,姿态参考算法的推导和实现,系统软件的具体实现。该四旋翼飞行器控制系统以STM32f103zet 单片机为核心,根据各个传感器的特点,采用不同的校正方法对各个传感器数据进行校正以及低通数字滤波处理,之后设计了互补滤波器对姿态进行最优估计,实现精确的姿态测量。最后结合GPS控制与姿态控制叠加进行PID控制四旋翼飞行器的四个电机,来达到实现各种飞行动作的目的。在制作四旋翼飞行器的过程中,进行了大量的调试并且与现有优秀算法做对比验证,最终设计出能够稳定飞行的四旋翼无人机飞行器。 关键词:姿态传感器;四元数姿态解算;STM32微型处理器;数据融合;PID

The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle Abstract Quad-rotor unmanned aerial vehicle aircraft have a simple structure, and it is very easy to control, so it has become popular in recent years. Here article describes in detail the design and the process of making the four-rotor aircraft, including Quad-rotor UAV aircraft flight principle, hardware introduction and selection, implementation and realization of derivation attitude reference algorithm, the system software . The Quad-rotor aircraft control system STM32f103zet microcontroller core, and the advantages and disadvantages based on the accelerometer sensor, a gyro sensor and electronic compass sensors using different correction methods for correcting various sensor data and low-pass digital filter processing, after design complementary filter to estimate the optimal posture, precise attitude measurement. Finally, GPS control and attitude control PID control is superimposed four-rotor aircraft four motors to achieve a variety of flight maneuvers to achieve the purpose. Four-rotor aircraft in the production process, a lot of debugging and do comparison with the existing excellent algorithm validation, the final design to stabilize the Quad-rotor UAV flying aircraft. Key Words:MEMS Sensor; Quaternion; STM32 Processor; Data Fusion; PID

四旋翼直升机的动力学原理

冯如杯论文 《四旋翼飞行器的设计与控制》 院(系)名称机械工程及自动化学院 作者姓名薛骋豪 学号35071422 指导教师梁建宏 2008年3月22日

四旋翼飞行器的设计与控制 薛骋豪 摘要 四旋翼直升机,其主旋翼分成前后与左右两组,旋转时方向相反,因此与一般直升机最主要的不同点为四旋翼直升机不需要用尾旋翼来平衡机体。因为四旋翼直升机为不稳定系统,因此需利用旋转专用的感测器:陀螺仪来感知机身的平衡程度并将讯号传送至微控制器,再通过微控制器内部程序的运算产生控制信号来控制机体上四个旋翼的转速,以维持整个机身的平衡促使四旋翼直升机能顺利飞行。 关键词:四旋翼、VTOL(垂直起降)、矩阵控制、 Abstract Quadrotor, its main rotor divides into with two about groups from beginning to end, in opposite direction while rotating, so Quadrotor and does not need to fasten the wing and having the balance organism for four with the end with the main difference of general helicopter. Whether four fasten wing helicopter stable system, need to utilize and rotate the special-purpose detecting device. The gyroscope comes to perceive balancing the degree and conveying the signal to the little controller of the fuselage, and then produce the control signal to control four rotational speed of fastenning the wings on the organism through the operation of the procedure within the little controller, impel four to fly smoothly while Quadrotor for the balance of maintaining the whole fuselage. Key words: Quadrotor、VTOL(Vertical Take-Off and Landing)、matrix control

基于WIFI的智能多功能微型四旋翼飞行器设计

基于WIFI的智能多功能微型四旋翼飞行器设计 摘要:本文基于WIFI无线传输技术,通过建立四旋翼飞行器的空气动力数学模型,结合实际需求分析,通过单片机总控,各功能模块有机整合,优化软硬件设计,完成最终制作调试,实现飞行器的自由巡航、悬停、降落和视频探测等功能,达到了预期设计目标。 关键词:WIFI;四旋翼;飞行器 1.引言 四旋翼飞行器是一种可以实现垂直起降的旋翼式无人飞行器,具有操控简单,体积小,机动性强,启动快,方便拍摄等优点,能及时地将诸如地震、矿难等特殊现场第一手资料传送回控制中心,帮助我们了解现场状况并作出正确判断[1]。 国外对旋翼式飞行器的研究较多且较深入,我国在该领域的研究起步较晚,成果相对较弱,并且侧重点有所不同,有的侧重数学建模,有的侧重自动控制与研发等等[2]。 本文于是针对自然灾害等特殊现场设计了一种基于WIFI的智能多功能四旋翼飞行器,采用独立控制的四旋翼,升力更大,同时可狭小空间内起降,还具有机械结构简单、机动灵活、操控性高及成本低等优势。 2.建立动力学模型 2.1 坐标变换 四旋翼飞行器的四个旋翼都高速旋转,其所受的空气动力比较复杂,要建立非常准确的空气动力学模型比较困难,为了简化四旋翼飞行器的数学模型,可忽略其弹性形变[3]。为了相对准确的描述飞行器运动状态,建立三维数学坐标系,也叫机体坐标系。OX轴指向地平面方向,由右手定则确定OY轴和OZ轴的方向。用原点O表示飞行器的重心,则OX轴指向飞行器的前方,OY轴指向飞行器的右方,OZ轴指向飞行器的上方。地面三维坐标系与机体坐标系之间存在三个欧拉角:偏航角ψ(沿Z轴方向)、滚动角φ(沿X轴方向)和俯仰角q(沿Y轴方向)。两个坐标系之间的关系如下: ,,(1) 可进一步的转换矩阵得: (2) 经计算可得如下坐标转换公式:

无人机飞行控制方法概述

2017-10-08 GaryLiu 于四川绵阳 无人机的飞行控制是无人机研究领域主要问题之一。在飞行过程中会受到各种干扰,如传感器的噪音与漂移、强风与乱气流、载重量变化及倾角过大引起的模型变动等等。这些都会严重影响飞行器的飞行品质,因此无人机的控制技术便显得尤为重要。传统的控制方法主要集中于姿态和高度的控制,除此之外还有一些用来控制速度、位置、航向、3D轨迹跟踪控制。多旋翼无人机的控制方法可以总结为以下三个主要的方面。 1.线性飞行控制方法 常规的飞行器控制方法以及早期的对飞行器控制的尝试都是建立在线性飞行控制理论上的,这其中就有诸如PID、H∞、LQR以及增益调度法。 1)PID PID控制属于传统控制方法,是目前最成功、用的最广泛的控制方法之一。其控制方法简单,无需前期建模工作,参数物理意义明确,适用于飞行精度要求不高的控制。 2)H∞ H∞属于鲁棒控制的方法。经典的控制理论并不要求被控对象的精确数学模型来解决多输入多输出非线性系统问题。现代控制理论可以定量地解决多输入多输出非线性系统问题,但完全依赖于描述被控对象的动态特性的数学模型。鲁棒控制可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题,但它的计算量非常大,依赖于高性能的处理器,同时,由于是频域设计方法,调参也相对困难。 3)LQR LQR是被运用来控制无人机的比较成功的方法之一,其对象是能用状态空间表达式表示的线性系统,目标函数是状态变量或控制变量的二次函数的积分。而且Matlab软件的使用为LQR的控制方法提供了良好的仿真条件,更为工程实现提供了便利。 4)增益调度法 增益调度(Gain scheduling)即在系统运行时,调度变量的变化导致控制器的参数随着改变,根据调度变量使系统以不同的控制规律在不同的区域内运行,以解决系统非线性的问题。该算法由两大部分组成,第一部分主要完成事件驱动,实现参数调整。如果系统的运行情况改变,则可通过该部分来识别并切换模态;第二部分为误差驱动,其控制功能由选定的模态来实现。该控制方法在旋翼无人机的垂直起降、定点悬停及路径跟踪等控制上有着优异的性能。 2.基于学习的飞行控制方法 基于学习的飞行控制方法的特点就是无需了解飞行器的动力学模型,只要一些飞行试验和飞行数据。其中研究最热门的有模糊控制方法、基于人体学习的方法以及神经网络法。 1)模糊控制方法(Fuzzy logic) 模糊控制是解决模型不确定性的方法之一,在模型未知的情况下来实现对无人机的控制。 2)基于人体学习的方法(Human-based learning) 美国MIT的科研人员为了寻找能更好地控制小型无人飞行器的控制方法,从参加军事演习进行特技飞行的飞机中采集数据,分析飞行员对不同情况下飞机的操作,从而更好地理解无人机的输入序列和反馈机制。这种方法已经被运用到小型无人机的自主飞行中。 3)神经网络法(Neural networks)

四旋翼飞行器智能控制(A题)

2016年吉林省大学生电子设计竞赛 参赛注意事项 (1)2016年8月31日8:00竞赛正式开始。 (2)参赛队认真填写《登记表》内容,填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 (3)参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生,应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件(如学生证)随时备查。 (4)每队严格限制3人,开赛后不得中途更换队员。 (5)参赛队必须在学校指定的竞赛场地内进行独立设计和制作,不得以任何方式与他人交流,包括教师在内的非参赛队员必须迴避,对违纪参赛队取消评审资格。 (6)2016年9月3日20:00竞赛结束,上交设计报告、制作实物及《登记表》,由专人封存。 四旋翼飞行器智能控制(A) 一、任务 设计并制作一个四旋翼飞行器控制系统,能够按照相应设定要求,实现四旋翼飞行器的自主飞行(为安全起见,要在飞行器底部系上一安全绳)。 二、要求 1.基本要求 (1)自主定点悬停 在地面上设置一个标志点,飞行器在20cm高度上自主定点悬停时间不低于20秒;悬停期间,飞行器中心点横向偏离标志点位移不超过10cm(即要求飞行器上的垂直激光器光点落在以地面标志点为圆心,半径为10cm的圆内),示意图如图1所示。 图1 自主定点悬停示意图

(2)自主定点、定高悬停 如图2所示,第一步从地面标志点飞到离地高20cm 处,稳定悬停10s ;第二步从20cm 处自主提升到离地高60cm 处,稳定悬停10s ;第三步从离地60cm 处自主下降到离地高40cm 处,稳定悬停10s 。悬停期间,飞行器横向偏离地面标志点位移不超过10cm 。高度偏差在5cm 以内。 图2 自主定点、定高悬停示意图 (3)跟踪飞行 如图3所示,由地面A 点起飞,跟随地面标志(标志可移动)或者自主飞至距离A 点2m 处的任意地面B 点降落,降落点(飞行器中心点)距离B 点偏差小于15cm ,完成时间小于30s 。 15cm 图3 跟踪飞行示意图 2.发挥部分 (1)在飞行器的某个单臂上悬挂重物(重物质量不小于飞行器整体质量的10%),悬挂点位置在飞行器中心到最外端的1/2以外的任意位置。完成基本要求(1)的内容; (2)在飞行器的某个单臂上悬挂重物(重物质量不小于飞行器整体质量的10%),悬挂点位置在飞行器中心到最外端的1/2以外的任意位置。完成基本要求(2)的内容;

四旋翼飞行器实验报告

实验报告 课程名称:《机械原理课内实验》 学生姓名:徐学腾 学生学号:1416010122 所在学院:海洋信息工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 报导教师:宫文峰 2016年6 月26 日

实验一四旋翼飞行器实验 一、实验目的 1.通过对四旋翼无人机结构的分析,了解四旋翼无人机的基本结构、工作的原理和传动控制系统; 2. 练习采用手机控制终端来控制无人机飞行,并了解无人机飞行大赛的相关内容,及程序开发变为智能飞行无人机。 二、实验设备和工具 1. Parrot公司AR.Drone 2.0四旋翼飞行器一架; 2. 苹果手机一部; 3. 蓝牙数据传输设备一套。 4. 自备铅笔、橡皮、草稿纸。 三、实验内容 1、了解四旋翼无人机的基本结构; 2、了解四旋翼无人机的传动控制路线; 3、掌握四旋翼无人机的飞行控制的基本操作; 4、了解四旋翼无人机翻转动作的机理; 5、能根据指令控制无人机完成特定操作。 四、实验步骤 1、学生自行用IPHONE手机下载并安装AR.FreeFlight四旋翼飞行器控制软件。 2、检查飞行器结构是否完好无损; 3、安装电沲并装好安全罩; 4、连接WIFI,打开手机AR.FreeFlight软件,进入控制界面; 5、软件启动,设备连通,即可飞行。 6、启动和停止由TAKE OFF 控制。 五、注意事项 1.飞行器在同一时间只能由一部手机终端进行控制; 2. 飞行之前,要检查螺旋浆处是否有障碍物干涉; 3. 飞行之后禁止用手去接飞行器,以免螺旋浆损伤手部; 4. 电量不足时,不可强制启动飞行; 5. 翻转特技飞行时,要注意飞行器距地面高度大于4米以上; 6. 飞行器不得触水; 7. 飞行器最大续航时间10分钟。

电子设计大赛国赛_四旋翼自主飞行器A题

2013年全国大学生电子设计竞赛课题:四旋翼自主飞行器(B 题) 【本科组】 2013年9月7日

摘要 为了满足四旋翼飞行器的设计要求,设计了以微控制器为核心的控制系统和算法。首先进行了各单元电路方案的比较论证,确定了硬件设计方案。四旋翼飞行器采用了固连在刚性十字架交叉结构上的4个电机驱动的一种飞行器,以78K0R CPU內核为基础,围绕新的RL78 CPU內核演化而来的RL78/G13作为控制核心,工作频率高达32MHz,工作电压1.6V-5.5V,适合各种类型的消费类电子和工业应用, 满足8/16位微控制器的需求,有助于降低系统功耗,削减总系统的构建成本。采用9926B MOS管芯片的驱动直流电机,该驱动芯片具有内阻小、负载电流大、且控制简单的特性。通过采用MPU-6050整合的3轴陀螺仪、3轴加速器,并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎,由主要I2C端口以单一数据流的形式,向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库,可处理运动感测的复杂数据,降低了运动处理运算对操作系统的负荷,实现了四旋翼飞行器运动速度和转向的精准控制。通过HC-SR04超声波测距模块实现了对四旋翼飞行器飞行高度的准确控制。通过激光传感器,实现了四旋翼飞行器沿黑线前进,在规定区域起降,投放铁片等功能,所采用的设计方案先进有效,完全达到了设计要求。 关键词:四旋翼自主飞行器,E18-D50NK光电传感器,寻线,超声波,单片机。

四旋翼自主飞行器(B 题) 【本科组】 1系统方案 本系统主要由电源模块、电机驱动模块、光电循迹模块模块、超声波测高模块、姿态传感器模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。 1.1 电源模块的论证与选择 方案一:采用线性元器件LM7805三端稳压器构成稳压电路,为单片机等其他模块供电,输出纹波小,效率低,容易发热。 方案二:采用元器件2596为开关稳压芯片,效率高,输出的纹波大,不容易发热。 方案三:采用线性元器件2940构成稳压电路,为单片机等其他模块供电,输出纹波小,效率高,不容易发热,综合性能高。 综合以上三种方案,选择方案三。 1.2 电机驱动模块的论证与选择 方案一:采用三极管驱动,由于输出电流很大,容易发热, 方案二:采用L298N电机驱动模块,通过电流大,容易发热,使得电机转速变慢,载重量变小。 方案三:采用场效应管9926B芯片组成的电机驱动模块,驱动能力好。能承受的最大电流为7.5A,符合要求。 综合以上三种方案,选择方案三。 1.3 光电循迹模块的论证与选择 方案一:采用CCD摄像头采集图片经过算法处理循迹,前瞻性比较好、循迹效果好,但是处理程序复杂、成本高。 方案二:采用红外对管,有效距离太短,不能满足实际循迹要求。 方案三:采用E18-D50NK光电传感器,这是一种集发射与接收于一体的光电传感器, 检测距离可以根据要求进行调节。探测距离远、受可见光干扰小、前瞻性较好、抗干扰性较好。

MD4四旋翼无人机

md4-1000型四旋翼无人机系统介绍 一、系统组成 “md4”系列四旋翼无人机系统由五个主要部分组成:飞行器、数字遥控器、地面站系统、机载任务设备和附属设备。 飞行器是无人机系统的主体,根据指令完成飞行任务。 数字遥控器用于对飞行器的实时操作,可以实时监控飞行器的各项状态指标。 地面站系统主要由笔记本电脑和微波信号传输系统构成,可以通过微波,实时接收飞行器上机载设备拍摄的实时影像,以及实时监控飞行的各项状态指标。 机载任务设备根据客户需要,可选配不同类型的酬载设备,如数码相机、高清摄像机、微光摄像机、红外摄像机等,完成不同的拍摄任务。 附属设备包括电池、充电箱、数据线等系统配件。 飞行器

数字遥控器 一体化地面站

机载任务设备 附属设备

二、系统技术参数

三、系统特性 1、可以定点悬停,稳定地拍摄感兴趣区域地物; 2、可以根据GPS信号,按照线路规划自主航行;没有GPS信号时也可以进行飞行,甚 至在室内飞行; 3、具有高性能平衡云台,可以在大风中依然保证酬载设备得到稳定的目标影像; 4、可以搭载高清摄影机、高画质的相机等设备,并可以进行自由调焦,以得到目标部 位最清晰的影像; 5、数传系统抗干扰性强,可以在距离电力线设备最近3m位置拍摄而信号不受干扰; 6、工业性能好,可以在强风、大雨的情况下正常起飞、作业,在紧急情况下也可以完 成任务; 7、操作简单,熟练的话,一个人即可进行操作;新手的话,两个人配合即可进行操作; 8、具备电量安全提示,当电量低于额定值时报警,当电量低于最低电压时即便人不在 现场也可以自动执行降落操作,保证无人机系统的安全; 9、采用微波作为数传系统,地面端可以实时得到高清影像; 10、具有电子围栏功能,具备位置记忆功能,可以在无操作的情况下,自动回到原来 的位置悬停拍摄; 11、对起飞场地没有要求,3×3m的场地即可实现垂直起降; 12、电机具有优良的散热性能,可以在每次飞行结束后更换电池进行再次飞行,达到 全天作业的目的;

消防用多旋翼无人机系统技术标准

UAV 中国无人机产业联盟标准 消防用多旋翼无人机系统 技术要求 2015-10-31发布——————————————————————————————————— 中国无人机产业联盟发布

前言 本标准的全部技术内容为行业内认可标准。 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由中国无人机产业联盟提出。 本标准主要起草单位:国鹰航空科技有限公司、中国电子科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、海鹰航空通用装备有限责任公司、华南理工大学、哈尔滨工程大学、深圳一电科技有限公司、深圳市科比特航空科技有限公司、广州长天航空(Space Arrow)科技有限公司、深圳九星智能航空科技有限公司、深圳九星天利科技有限公司、深圳科卫泰实业发展有限公司、中国人民解放军总参谋部第六十研究所、深圳洲际通航科技有限公司、深圳市彩虹鹰无人机研究 院有限公司、深圳市创翼睿翔天空科技有限公司、保千里视像科技集团股份有限公司、深圳华越无人机技术有限公司、深圳高科新农技术有限公司、深圳市艾特航空科技有限公司、深圳市盛禾无人飞机科技有限公司、深圳警圣电子科技有限公司、深圳市森讯达电子有限公司、深圳金狮安防无人机有限公司、广东泰一高新技术发展有限公司、南京交研科技实业有限公司、合肥佳讯科技有限公司、安徽泽众安全科技有限公司、深圳市万华信息科技有限公司、天仞航空科技有限公司、承德鹰眼电子科技有限公司。 本标准主要起草人:陶军生、胡志昂、宋鸿、杨金才、孙志坚、饶军、邵振海、吕明云、李春波、肖文建、刘伟、杨金铭、庞伟。 本标准与2015年10月31日发布。

目次 1 范围 (4) 2 规范性引用文件 (4) 3 术语 (4) 4 系统构成 (5) 5 技术要求 (5) 5.1 功能要求 (5) 5.2 性能要求 (6) 6 信息传输 (7) 6.1 通用要求 (7) 6.2 视频流传输 (7) 7 环境适应性 (7) 7.1 气候环境适应性 (7) 7.2 机械环境适应性 (8) 8 安全性 (9) 8.1 绝缘电阻 (9) 8.2 抗电强度 (9) 8.3 泄漏电流 (9) 8.4 防过热 (10) 9 电磁兼容 (10) 9.1 电磁干扰 (10) 9.2 电磁辐射防护 (11) 10 质量保证规定 (11) 10.1 检验与测试 (11) 10.2 原材料质量 (11) 11 产品信息要求 (11) 11.1 产品标志 (11) 11.2 产品清单 (11) 11.3 产品说明书 (11)

四旋翼飞行器设计资料

四旋翼飞行器的设计 四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置.通过调节电机转 速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行 控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求. 一.微小型四旋翼飞行器的发展前景 根据微小型四旋翼飞行器发展现状和相关高新技术发展趋势, 预计它将有以下发展前景。 1 )随着相关研究进一步深入,预计在不久的将来小型四旋翼飞行 器技术会逐步走向成熟与实用。任务规划、飞行控制、无 G P S 导航、视觉和通信等子系统将进一步健全和完善,使其具有自主起降和全天候抗干扰稳定飞行能力。它未来的主要技术指标:任务半径 5 k m,飞行高度 1 0 0 m,续航时间 1 h ,有效载荷约 5 0 0 g ,完全能够填补目前国际上在该范围内侦察手段的空白。 2 )未来的微型四旋翼飞行器将完全能够达到美国国防预研局对 M A V基本技术指标的要求。随着低雷诺数空气动力学研究的深入,以及纳米和 M E MS 技术的发展,四旋翼 M A V必然取得理论和工程上的突破。它将是一种有 4个旋翼的可飞行传感器芯片,是一

任务与通信等子与能源、动力导航与控制、 ( 个集成多个子系统系统) 的高度复杂ME M S系统;不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行,还 能飞临、绕过甚至是穿过目标物体。此外,它还将拥有良好的隐身功能和信息传输能力。 3 )微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应 在未来的战争中,微小型四旋翼飞行器的任务之一将是对敌方进行电子干扰并攻击其核心目标。单个微小型飞行器的有效载荷量毕竟有限,难以有效地完成任务,而编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量,还能够增强其突防能力。 二.四旋翼飞行器的国内外研究现状 目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都属于微小型无人飞行器,一般可分为3类:遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。 (1)遥控航模四旋翼飞行器 遥控航模四旋翼飞行器的典型代表是美国Dfaganflyer公司研制的Dragan.flyer III和香港银辉(silverlit)玩具制品有限公司研制的X.UFO。Draganflyer III是一款世界著名的遥控航模四旋翼飞行器,主要用于航拍。机体最大长度(翼尖到翼尖)76.2cm,高18cm,重481.19:旋翼直径28cm,重69;有效载荷113.29;可持续飞行16--20min。Draganflyer III采用了碳纤维和高性能塑料作为机体材料,其机载电子设备可以控1书1]4个电机的转速。另外,还使用

详细解析无人机飞控技术

详细解析无人机飞控技术 以前,搞无人机的十个人有八个是航空、气动、机械出身,更多考虑的是如何让飞机稳定飞起来、飞得更快、飞得更高。如今,随着芯片、人工智能、大数据技术的发展,无人机开始了智能化、终端化、集群化的趋势,大批自动化、机械电子、信息工程、微电子的专业人材投入到了无人机研发大潮中,几年的时间让无人机从远离人们视野的军事应用飞入了寻常百姓家、让门外汉可以短暂的学习也能稳定可靠的飞行娱乐。不可否认,飞控技术的发展是这十年无人机变化的最大推手。 飞控是什么? 飞行控制系统(Flight control system)简称飞控,可以看作飞行器的大脑。多轴飞行器的飞行、悬停,姿态变化等等都是由多种传感器将飞行器本身的姿态数据传回飞控,再由飞控通过运算和判断下达指令,由执行机构完成动作和飞行姿态调整。 控可以理解成无人机的CPU系统,是无人机的核心部件,其功能主要是发送各种指令,并且处理各部件传回的数据。类似于人体的大脑,对身体各个部位发送指令,并且接收各部件传回的信息,运算后发出新的指令。例如,大脑指挥手去拿一杯水,手触碰到杯壁后,因为水太烫而缩回,并且将此信息传回给大脑,大脑会根据实际情况重新发送新的指令。无人机的飞行原理及控制方法(以四旋翼无人机为例) 四旋翼无人机一般是由检测模块,控制模块,执行模块以及供电模块组成。检测模块实现对当前姿态进行量测;执行模块则是对当前姿态进行解算,优化控制,并对执行模块产生相对应的控制量;供电模块对整个系统进行供电。 四旋翼无人机机身是由对称的十字形刚体结构构成,材料多采用质量轻、强度高的碳素纤维;在十字形结构的四个端点分别安装一个由两片桨叶组成的旋翼为飞行器提供飞行动力,每个旋翼均安装在一个电机转子上,通过控制电机的转动状态控制每个旋翼的转速,来提供不同的升力以实现各种姿态;每个电机均又与电机驱动部件、中央控制单元相连接,

四旋翼飞行器 设计报告

大学生电子设计竞赛 设计报告 摘要:本设计实现基于STM32开发板的十字形四旋翼飞行器,四旋翼由主控制板、陀螺仪、电机模块、超声波测距、电源和投弹打靶模块等六部分组成。其中,控制核心STM32负责飞行器姿态数据接收和飞行姿态控制;陀螺仪采用MPU6050模块,该模块经过卡尔曼滤波处理采集的数据,输出数据,用PID控制算法对数据进行处理,同时,解算出相应电机需要的的PWM增减量,及时调整电机转速,调整飞行姿态,使飞行器的飞行的更加稳定。电机模块通过电调控制无刷直流电机,超声波传感器进行测距,起飞后悬停在一定高度,打靶后降落。 关键词:四旋翼;PID控制;陀螺仪,姿态角,电机控制

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目录 1系统方案 (1) 1.1控制系统选择方案 (1) 1.2飞行姿态控制方案论证 (1) 1.3角度测量模块的方案论证 (2) 1.4高度测量模块方案论证.............................................. 错误!未定义书签。2理论分析与计算 (2) 2.1控制模块 .................................................................... 错误!未定义书签。 2.2机翼电机 .................................................................... 错误!未定义书签。 2.3飞行姿态控制单元 (3) 3电路与程序设计 (4) 3.1系统总体设计思路 (4) 3.2主要元器件清单......................................................... 错误!未定义书签。 3.3系统框图 .................................................................... 错误!未定义书签。 3.3.1系统硬件框图 ..................................................... 错误!未定义书签。 3.3.2系统软件框图 ..................................................... 错误!未定义书签。4测试方案与测试结果.. (5) 5结论 (6) 3

多旋翼无人机飞行控制系统设计研究

www?ele169?com | 27实验研究 0 引言 多旋翼无人机是集合多项现代高新科技的成果,无人机 行业的蓬勃发展是中国崛起、中国航空产业崛起的重要体现,多旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、负载能力强等特点,具有非常广阔的应用前景。多旋翼无人机的作业方式相比于传统的人工作业方式,大大提高了作业效率、降低作业成本与风险。在无线通信技术与图像处理技术快速发 展的背景下,多旋翼无人机逐渐向智能化的方向发展,另外, 独特的机械结构使多旋翼无人机更加灵活。随着无人机在人们生活中的进一步普及,无人机故障的影响也会越来越大,在大多数故障中,主要是控制器故障后果最为严重,所以飞行控制器的结构健康管理始终受到人们高度重视。1 多旋翼无人机任务需求分析 多旋翼无人机飞行控制系统主要服务于公安消防、公共 安全、勘察搜救等领域,对无人机的飞行安全、可靠性等要求较高,针对多旋翼无人机所应用的特殊场合,其飞行控制 系统需要具备以下性能指标:首先要具备机载飞控系统与地面站两部分,由机载飞控 系统来进行控制律的运算,通过电机控制指令对地面站发送的信息进行接收。地面站会显示无人机当前的飞行状态以及 主控件的基本性能。其次要具有良好的传感器以及多种飞行模式,传感器主要对无人机飞行姿态、高度、位置等信息进行采集,通过机载计算机对相应数据进行处理,多旋翼无人机存在多种飞行模式,需要根据实际情况选择最佳飞行模 式。最后,多旋翼无人机飞行控制系统要具有多种读取遥控 信号的方式,实现多种多旋翼无人机的飞行控制。还要具有在线调整及保存相关的控制参数功能、在异常情况下应急处理功能等。根据多旋翼无人机飞控系统的要求指标,提出了飞控系统具体的设计要求: ■1.1 飞行控制处理器 飞行控制处理器需要对传感数据进行收集并处理,对控 制律进行运算,保持与地面站之间通信畅通。飞行控制处理器只有缩短调节电机转速的指令周期,才能更好的发挥控制性能。由于飞行控制处理器面临的任务众多,所以要求飞控处理器处理速度快、计算能力强。飞控处理器必须快速对传感器数据进行读取,第一时间与无线通信设备进行连接,实现与地面站之间的通信,另外飞控处理器必须具备存储空间大、低功耗、体积小等特点。 ■1.2 传感器传感器需要选择精度较高的传感器以及通信距离较远的无线通信设备,满足飞控系统的性能指标,确保传感器使用简单、通信接口通用。 ■1.3 软件开发多旋翼无人机的飞控软件系统要有很强的可靠性与稳定性,具备通信链路异常状况下的紧急处理,具备相应的备份程序,避免无人机在飞行过程中发生故障,另外地面站要具备故障报警功能。飞行控制系统的采样频率不易过小以免出现控制输出调节量滞后造成严重后果。2 多旋翼无人机飞行控制系统总体架构设计多旋翼无人机飞行控制系统总体架构由机载部分与地面站部分组成,机载部分主要由飞控处理模块、传感器模块、电源模块、执行机构构成。地面部分与机载部分之间的信息交互 主要通过无线通信模块来完成。飞控系统总体架构如图1所示。图1 飞控系统总体架构 ■2.1 飞控系统硬件平台设计当前的飞行控制系统控制芯片多采用ARM、DSP 等高 速处理器,单处理器的使用会抑制控制系统的进一步拓展,多旋翼无人机飞行控制系统设计研究张建学 (中国民航飞行学院计算机学院,四川广汉,618307)摘要:多旋翼无人机具有优良的操作性能、维护简单、成本较低等特点,已经成为微小型无人机的主流,获得了广大的消费群体。飞控系统作为无人机的核心技术,始终是无人机学术与工程领域研究的热点。本文以多旋翼无人机为研究对象,根据多旋翼无人机的结构特点,对飞行控制系统进行设计与研究,从硬件原理与软件原理对多旋翼无人机飞行控制系统的构建过程进行详细介绍。关键词:多旋翼;无人机;飞控系统

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