固定翼设计涉及的几个方面技术
某型固定翼航模的设计制作及其飞行研究

某型固定翼航模的设计制作及其飞行研究固定翼航模是一种模拟真实飞机结构和飞行原理的模型飞机,通常由轻质材料制成,在无人机领域和航模爱好者中备受青睐。
本文将以某型固定翼航模的设计、制作及其飞行研究为主题,介绍其设计和制作的流程,并结合飞行研究进行分析。
一、设计制作1. 确定机型和材料设计制作一架固定翼航模首先要确定机型和所选用的材料。
在机型选择上,可以根据自己的兴趣和实际需求来决定,比如选择一款经典的教练机型,如Cessna 172或者Piper J-3 Cub。
至于材料选择,一般使用轻质的泡沫板作为主要材料,结合碳纤维、玻璃纤维等材料来增加强度。
2. 结构设计和制作在确定了机型和材料后,就可以进行结构设计了。
首先是绘制机翼、机身、尾翼等部件的设计图纸,确定各部件的尺寸和比例。
然后根据设计图纸进行切割、钻孔、粘贴等制作过程,将各部件按照设计图纸进行制作和组装。
需要注意的是,制作过程中需要保证各部件的对称性和整体的平衡性,以确保飞行时的稳定性和安全性。
3. 电子设备安装在完成结构制作后,还需要安装电子设备,如电机、电调、舵机、遥控设备等。
这些电子设备将负责提供动力和操控,因此安装时需要注意电路的连接和布局,确保各部件能够正常工作。
二、飞行研究1. 飞行测试在完成固定翼航模的设计制作后,需要进行飞行测试,以验证其飞行性能和稳定性。
在测试前需要对飞行场地、天气和飞行过程进行充分的规划和准备。
在飞行测试中,可以对起飞、空中飞行、滑翔、下降、着陆等不同环节进行测试,观察其表现并记录相关数据。
2. 数据分析和改进通过飞行测试收集到的数据可以进行分析和比对,从而找出存在的问题和不足之处。
比如飞行中是否存在抖动、不稳定、过大的下滑角等问题。
在分析的基础上,可以对固定翼航模进行改进,如调整重心、改变机翼形状、调整舵机位置等,以提升其飞行性能和稳定性。
3. 飞行技巧与操控研究在飞行研究中,还可以对飞行技巧和操控进行深入研究。
飞行器结构设计及优化

飞行器结构设计及优化随着技术的不断发展和进步,飞行器的结构设计和优化也越来越受到重视。
一个优秀的飞行器结构设计可以有效地提高飞行器的性能和安全性。
本文将探讨一些关于飞行器结构设计及优化的相关知识。
1. 飞行器的结构设计飞行器的结构设计是根据飞行器的性能要求、使用要求、安全性要求和经济效益等多种因素进行的全面考虑。
对于不同类型的飞行器,其结构设计也不尽相同。
以下是几种常见飞行器的结构设计。
1.1固定翼飞机固定翼飞机是最常见的一种飞行器。
它的结构设计要考虑机身、机翼、发动机、起落架和控制系统等多个方面。
机翼是固定翼飞机最重要的部分之一,主要负责撑起飞机。
为了满足其强度和刚度的要求,机翼通常采用三角形等高梁结构。
而在飞行中,机翼受到的气动力会使其产生扭曲变形,为了避免这种情况,机翼通常会加装扭矩盒子、内框架、外壳等,以增加其刚度。
机身是固定翼飞机的主要承载部分,用于连接机翼、发动机、座舱、起落架和控制系统等。
为了减小飞行阻力和提高飞行效率,机身通常采用流线型设计。
此外,机身还需要考虑飞机的空气动力学特性,如升力、阻力等。
1.2 直升机直升机的结构设计相对简单,主要包括旋翼、尾桨、机身、起落架和控制系统等。
旋翼是直升机最重要的部分之一,主要用于产生升力。
为了满足旋翼的强度和刚度要求,旋翼主轴一般采用空心圆柱形结构,并采用叶片、螺母、钻杆等连接构件组成。
机身负责连接旋翼、发动机、驾驶舱、起落架和控制系统等,其结构要根据飞行特性进行设计,如倾斜度、横向稳定性、纵向稳定性等。
1.3 无人机无人机的结构设计相对简单,主要包括机翼、机身、发动机、控制系统等。
与固定翼飞机相比,无人机的结构设计更为灵活和多样化。
尤其是在软件设计方面,无人机具有强大的数据处理和控制能力,可以实现多种飞行方式和任务。
2. 飞行器结构优化对于飞行器结构的优化,一般从优化目标、优化方法和优化手段等三个方面进行考虑。
2.1 优化目标飞行器结构的优化目标包括:减轻结构质量、提高飞行效率、降低噪音污染、增强结构强度和刚度等。
小型固定翼无人机飞控建模与控制律设计

小型固定翼无人机飞控建模与控制律设计随着无人机技术的快速发展,小型固定翼无人机的应用越来越广泛。
在无人机的飞行控制中,飞控系统起着至关重要的作用。
飞控系统通过传感器获取飞行状态信息,并根据预设的控制律对无人机进行控制。
本文将介绍小型固定翼无人机飞控建模与控制律设计的相关内容。
小型固定翼无人机的飞控建模是实现飞行控制的基础。
飞控建模的目的是将无人机的动力学特性用数学模型进行描述。
一般而言,可以采用欧拉角模型或四元数模型对无人机的姿态进行描述,同时考虑无人机的位置和速度状态。
通过建立动力学方程,可以得到无人机在空气动力学力和控制输入的作用下的运动方程。
根据这些方程,可以对无人机的飞行状态进行模拟和预测。
飞控系统的设计需要考虑无人机的动力学特性和控制要求。
在小型固定翼无人机的飞行控制中,常用的控制律包括PID控制律和线性二次调节(LQR)控制律。
PID控制律是一种经典的控制方法,通过调节比例、积分和微分参数,可以实现对无人机姿态的稳定控制。
而LQR控制律则是一种优化控制方法,通过求解最优控制问题,可以得到最优的控制输入,从而实现无人机的稳定控制。
在飞控系统的设计中,还需要考虑传感器的选择和数据融合算法的设计。
传感器可以提供无人机的飞行状态信息,如加速度、陀螺仪、磁力计等。
数据融合算法可以将不同传感器的数据进行融合,提高飞行状态的估计精度。
常用的数据融合算法包括卡尔曼滤波和粒子滤波等。
飞控系统的设计还需要考虑通信和安全性等方面的问题。
无人机的飞行控制可以通过无线通信与地面站进行交互。
通信的稳定性和实时性对于飞行控制的效果至关重要。
此外,为了保障无人机的安全性,还需要考虑飞控系统的抗干扰能力和故障检测与容错能力。
小型固定翼无人机飞控建模与控制律设计是实现无人机飞行控制的关键步骤。
通过合适的飞控建模和控制律设计,可以实现对无人机的稳定控制和精确导航。
同时,飞控系统的设计还需要考虑传感器选择、数据融合算法、通信和安全性等方面的问题。
固定翼无人机的设计与应用

固定翼无人机的设计与应用固定翼无人机是目前无人机领域中的热门之一,它通过固定翼上的舵面实现机身的姿态调节,具有飞行速度快、航程长、稳定性好等特点,因此被广泛应用于农业、安防、测绘、电力巡检等领域。
下面将从设计和应用两个方面着手探讨固定翼无人机的相关问题。
一. 设计1. 机翼设计固定翼无人机的机翼是其最重要的部分之一,它的设计将直接决定无人机的飞行性能。
机翼主要有两种类型,分别是直翼和兼翼。
直翼无人机的机翼较宽,便于携带相机、传感器等设备,但速度较慢、灵活性较差;兼翼无人机则比直翼无人机速度快、灵活性强,但需要更多的动力才能保持飞行状态。
2. 微型化设计随着无人机技术的不断进步,固定翼无人机逐渐向微型化发展,这要求无人机各部件的设计更加精细。
比如,机翼需要更轻、更厚,以提高升力和稳定性;机体需要更小巧、更坚固,以提高飞行速度和操纵性能。
在微型化的过程中,电池、传感器、相机等设备也需要进行微型化设计,以减少负载的同时提升其功能性。
3. 通信技术在无人机的设计中,通信技术占据着重要的地位。
通信技术的不断发展,使得现代化的固定翼无人机能够实现遥控飞行、拍照等操作。
无人机的通信技术可以分为航空频段通信、蜂窝通信和卫星通信三种。
航空频段通信速度快、延迟低,但只能在短距离内传输;蜂窝通信覆盖范围广,但在信号弱的地方会出现信号中断等问题;卫星通信信号稳定、范围广,但成本较高。
二. 应用1. 自动航迹测绘固定翼无人机的应用领域十分广泛,在测绘领域中尤为突出。
利用三维像测图技术,固定翼无人机可以快速、准确地采集地表高程、地形、建筑物等数据,以快速更新地图、制作引线图等。
相比于传统的地面监测方法,固定翼无人机的效率更高,准确性更高。
2. 农业植保随着农业技术的发展,植保无人机已经成为了现代化农业的重要手段之一。
固定翼无人机在农业植保中可以快速、高效地喷洒农药,以更好地保护作物,同时还能采集作物生长数据进行分析,以优化农业生产效率。
飞行器设计基础知识

飞行器设计基础知识飞行器设计是一门复杂而又精密的工程学科,涉及到多个学科领域的知识和技术。
本文将介绍一些飞行器设计的基础知识,包括飞行器类型、主要构件、气动力学原理以及相关设计要点。
一、飞行器类型飞行器主要可以分为两大类:固定翼飞行器和旋翼飞行器。
1. 固定翼飞行器:固定翼飞行器通常以翼面固定不动为特点,主要包括飞机和滑翔机。
飞机是一种通过利用翼面产生升力来实现飞行的飞行器,其构造复杂,可以分为多种类型,如单翼飞机、双翼飞机、多翼飞机等。
滑翔机则是一种没有发动机的飞行器,通过利用气流和重力来保持飞行。
2. 旋翼飞行器:旋翼飞行器主要包括直升机和倾转旋翼飞机。
直升机通过旋转的主旋翼产生升力和推进力,实现垂直起降和飞行。
倾转旋翼飞机是一种结合了固定翼和旋翼的飞行器,通过倾转机身上的旋翼来实现垂直起降和平稳飞行。
二、主要构件不同类型的飞行器构造各异,但都包含一些基本构件,如下所示:1. 机翼:机翼是固定翼飞行器的主要构件,负责产生升力。
机翼通常具有对称的空气动力学翼型截面,并通过襟翼、副翼等可控构件调整升力和阻力,以实现飞行姿态控制。
2. 机身:机身是飞行器的主要结构,用于容纳乘员、货物和各种系统设备。
机身的设计一般考虑到重量、刚度和空气动力学等因素,同时还要满足人员安全和舒适性的要求。
3. 推进系统:推进系统用于提供飞行器的推力。
对于固定翼飞机,推进系统通常是发动机和推进器,而直升机和倾转旋翼飞机则通过旋翼提供推力。
4. 控制系统:控制系统用于控制飞行器的运动,包括姿态控制、舵面控制和发动机油门控制等。
不同类型的飞行器会采用不同的控制方式,如操纵杆、脚蹬、液压系统等。
三、气动力学原理飞行器的设计离不开气动力学原理的应用。
以下是几个基本的气动力学概念:1. 升力:升力是垂直向上的力,通过翼面产生,使得飞行器能够克服重力而保持在空中飞行。
升力的大小与翼面的几何形状、攻角以及气动特性有关。
2. 阻力:阻力是与运动方向相反的力,其大小与飞行器的速度、翼面形状以及雷诺数等因素密切相关。
固定翼飞行器控制系统设计与实现

固定翼飞行器控制系统设计与实现一、引言随着人类飞行事业的不断发展,固定翼飞行器得到广泛应用。
固定翼飞行器主要包括航空器、无人机等。
这些设备的成功开发与运行离不开可靠的控制系统。
本文将介绍固定翼飞行器控制系统的设计与实现。
二、固定翼飞行器控制结构固定翼飞行器包括机身、翼面、动力装置等。
其中,翼面是固定翼飞行器控制的主要部分。
一般来说,固定翼飞行器控制系统分为机械控制系统、液压控制系统、电气控制系统。
以下将详细介绍每种控制系统。
1. 机械控制系统机械控制系统是固定翼飞行器最早应用的控制系统。
机械控制系统主要采用钢索和杆条等机械连接件,通过飞行员操纵杆的移动实现对固定翼飞行器的控制。
机械控制系统在结构上简单、可靠,但是存在飞行员操纵力过大、控制精度不高等缺点,因此在现代航空器上很少应用。
2. 液压控制系统液压控制系统是通过液压传动方式实现对固定翼飞行器的控制。
使用液压控制系统可以实现精准的控制,提高控制精度和可靠性。
但是,液压控制系统需要使用复杂的元器件和设备,增加了成本和维护难度,因此应用范围有限。
3. 电气控制系统电气控制系统是现代固定翼飞行器中最常用的控制系统。
电气控制系统使用电子设备和电气元器件实现对固定翼飞行器的控制。
优点是控制系统精度高、可调性好、运行稳定等特点。
但是,电气控制系统需要高精度的传感器和执行器,维修难度大。
三、固定翼飞行器控制系统设计设计固定翼飞行器控制系统时需要考虑许多因素,如控制精度、稳定性、故障诊断、安全性等。
以下是一些关键考虑点。
1. 传感器设计传感器是固定翼飞行器控制系统的重要组成部分。
传感器的设计需要保证其精度高、稳定性好、动态响应快等特点,以便准确检测固定翼飞行器的姿态、速度、加速度等关键参数。
2. 控制器设计控制器是固定翼飞行器控制系统的核心。
控制器的设计需要考虑控制算法、控制器硬件的可编程性等因素。
目前,常用的控制算法有PID算法、LQR算法等。
3. 执行器设计执行器是固定翼飞行器控制系统的功能实现元件,通常使用电机或伺服电机等设备。
固定翼无人机的设计与制造
固定翼无人机的设计与制造随着科技的不断发展,无人机已经成为了现代工业和科研领域中不可或缺的工具。
在众多的无人机中,固定翼无人机因其可靠性高、飞行时间长以及适用范围广受欢迎。
本文将介绍固定翼无人机的设计与制造。
一、设计原则在进行固定翼无人机的设计之前,我们需要清楚地了解固定翼无人机的工作原理。
一架固定翼无人机所需的基本部件包括机翼、机身、动力系统、控制系统等。
其中机翼是最为重要的部件,它的设计直接关系到无人机的稳定性和飞行效果。
对于固定翼无人机的设计,需要遵循以下原则:1.稳定性:无人机在飞行过程中必须保持稳定,避免出现失控或者崩溃的现象。
2.耐用性:无人机的材料和结构要足够坚固,能够承受长时间的高速飞行和各种复杂的环境。
3.可维修性:无人机的各个部件要便于调整和更换,以降低后期维护的成本。
4.高效性:无人机的设计应该考虑如何最大化使用能源,最大程度地延长飞行时间。
二、制造过程在固定翼无人机的制造过程中,需要遵循下列步骤:1.材料准备:根据设计方案,准备所需要的材料。
主要包括碳纤维、玻璃纤维等。
2.机翼制造:机翼是无人机的重要组成部分之一,其质量和工艺直接影响无人机的性能。
机翼的制造过程包括:铺陈、贴合、固化等。
3.机身制造:机身是安装无人机其他零部件的主体结构,在制造中需要使用钢、铝等材料。
4.安装零件:完成机翼和机身的制造后,可以进行零部件的安装,包括动力系统、控制系统、电池、摄像设备等。
5.调试和测试:最后需要对无人机进行调试和测试,确保其各个部件能够协调工作,达到预定的设计要求。
三、应用领域固定翼无人机因其长飞行时间和高稳定性,被广泛用于以下领域:1.农业:无人机可以用于监测和预测农作物的生长情况和病虫害情况,为农民提供决策依据。
2.环保:无人机可以用于监测污染源、收集数据和图像,提供决策依据。
3.地质资源:无人机可以用于地质勘探、矿产调查和开采等领域。
4.安防:无人机可以用于对危险区域进行巡查、监控和侦查,提供安全保障。
固定翼无人机的设计及控制研究
固定翼无人机的设计及控制研究随着科技的不断发展,无人机已经成为了现代社会中越来越重要的一种无人系统,然而不同类型的无人机也有着不同的应用场景和技术难点。
其中,固定翼无人机是一种最基础的无人机类型,我们可以通过研究和优化固定翼无人机的设计和控制手段,进一步拓展无人机的应用领域,并提升无人机系统的可靠性和安全性。
一、固定翼无人机的结构设计固定翼无人机的结构设计主要涉及到机身、机翼、尾翼、推进器和传动机构等方面,其中机身的主要作用是为其他附加设备提供固定的安装点,尤其是电池等重要组件。
机翼则是固定翼无人机中最重要的组件之一,通常具有较小的扭转和变形,承担起机体的重量和气动力的支持,并起到起飞和降落的关键作用。
尾翼是固定翼无人机的另一重要组件,它通常包括水平尾翼和垂直尾翼两个部分,主要利用浮力和力矩控制机身的姿态和方向。
推进器则主要负责固定翼无人机空中推进和稳定,同时还能影响机体的姿态和方向。
最后,传动机构则主要包括电机、电调、螺旋桨等关键部件,它们的设计和动力系统的匹配是决定固定翼无人机最终性能的重要因素。
二、固定翼无人机的控制技术与常规的飞机相比,固定翼无人机需要更加精密的控制,以维持良好的稳定性和可控性。
通常,固定翼无人机的控制技术可分为飞行控制和姿态控制两个部分。
飞行控制主要由机载计算机控制,其主要作用是控制无人机在空中的航向、高度和速度等参数,从而保持稳定的飞行状态。
常见的飞行控制手段包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
其中,PID控制基于机体的飞行状态和目标状态之间的差异进行补偿,可以实现快速有效的控制,并且易于实现和调整。
模糊控制则根据机体的运动状态和响应能力进行自适应控制,可以适应环境的变化和噪声干扰。
神经网络控制则利用深度学习和人工智能技术进行预测和控制,可以更加精准地控制无人机,但是需要更多的数据和计算资源。
姿态控制则主要由陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器组成,它们可以测量无人机在空中的角度和方向,从而判断机体的姿态和方向。
固定翼无人机设计与控制系统研究
固定翼无人机设计与控制系统研究一、引言随着科技的不断发展,无人机应用范围越来越广,从最初的军事用途到现在的民用领域。
固定翼无人机是无人机的一种,其结构稳定性好,适合长时间飞行,具有一定的载荷能力,已经在物流、农业、环保监测、地质探测等领域得到广泛应用。
本文旨在研究固定翼无人机设计与控制系统,以期为无人机的应用提供参考。
二、固定翼无人机的结构设计1. 机翼设计固定翼无人机最主要的部件就是机翼,它负责支持整个飞机的质量,在飞行中起到稳定和升力的作用。
为了获得更好的升力和滑行性能,需要在机翼上设计气动力学的空气动力学外形和翼型。
除此之外,还要考虑翼展、襟翼和副翼等控制部件的设计。
2. 机身设计机身主要包括机身前部和机身后部两部分,其中机身前部安装了主机和电子设备,机身后部安装了固定尾翼以及水平稳定器。
机身设计要考虑整机的气动性能和动力学性能,保证整机的平衡和稳定。
起落架主要是由支柱、轮子和减震器组成,在飞机起飞、降落和地面移动时起到支撑和缓冲作用。
起落架的设计要考虑机身高度、载荷能力、飞行速度和地面移动性能等因素。
三、固定翼无人机的控制系统设计1. 飞行控制系统概述飞行控制系统是控制和引导无人机进行飞行的关键部件,其主要包括传感器、控制器和执行器等三个组成部分。
传感器负责实时感知飞机的状态信息,控制器根据传感器的反馈信息对飞机进行控制指令,执行器将控制指令转化为相应的操作动作。
2. 传感器设计传感器是飞行控制系统中最为重要的组成部分,它可以实时感知飞机的状态信息,包括姿态、位置和速度等。
常用的传感器包括陀螺仪、加速度计、罗盘和气压计等,不同的传感器可以组成传感器组,提供多维度信息。
3. 控制器设计控制器是飞行控制系统的核心,它负责根据传感器反馈信息制定控制指令,并将控制指令发给执行器。
控制器的设计要考虑实时性、精度、鲁棒性和计算复杂度等因素。
执行器是飞行控制系统的顶层设备,负责将控制指令转化为操作动作。
固定翼无人机设计及性能分析
固定翼无人机设计及性能分析随着科技的不断进步,无人机已逐渐成为现代社会中重要的工具。
而固定翼无人机由于其稳定性和长时间飞行的特点,成为无人机设计中最主要的类型之一。
本文将讨论固定翼无人机的设计要素以及性能分析。
一、固定翼无人机的设计要素1. 机身结构固定翼无人机的机身结构对其飞行性能和稳定性有着重要影响。
一般情况下,机身采用轻质复合材料或铝合金制造,以减轻无人机的重量。
此外,机身的流线型设计和翼型的选择也需要考虑到空气动力学特性,以提高飞行效率和稳定性。
2. 翼展和翼载荷翼展和翼载荷是固定翼无人机的重要设计要素。
翼展决定了无人机的机翼气动特性,较大的翼展通常具有较好的升力性能和稳定性。
而翼载荷则与无人机的飞行任务密切相关,不同的任务需要不同的翼载荷配置,以实现最佳性能。
3. 推力和动力系统推力和动力系统是固定翼无人机的关键设计要素。
一般情况下,推力可以通过内燃机、电动机或者喷气式发动机来提供。
选择合适的动力系统需要考虑到无人机的重量、速度和续航能力等因素,以满足飞行任务的要求。
4. 载荷和传感器无人机的载荷和传感器系统是其应用领域的重要部分。
不同的任务需要搭载不同类型的载荷和传感器,如高清摄像机、红外传感器、多光谱相机等。
合理的载荷和传感器配置能够提高无人机的任务执行能力和数据收集效率。
二、固定翼无人机的性能分析1. 飞行性能固定翼无人机的飞行性能包括速度、续航时间和载荷能力等。
速度取决于动力系统的选取和外部环境的条件,续航时间则与飞机重量、动力系统的效率以及可以携带的燃料量有关。
载荷能力则取决于机身结构和翼载荷等设计要素。
2. 遥感能力固定翼无人机在农业、环境保护、测绘等领域有着广泛的应用。
它可以搭载高分辨率摄像机、红外传感器等设备,对地面进行精确测量和数据采集。
优化遥感能力是提高固定翼无人机性能的关键。
3. 协同作战能力固定翼无人机还可以搭载武器系统,具备协同作战能力。
这种能力可以极大地提高作战的灵活性和效果,减少风险。
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1、微型无人机平台(1)设计要求基于小型无人机的摄影测量遥感平台还处于起步阶段,还没有一套完整的作业规范。
现行的航测规范主要是参照大多数测绘单位现有的技术条件和仪器设备制定的,而小型无人机作为一种新型的低空对地观测平台,主要在1000m以下的高度进行航拍,且其采用的是高分辨率的数码相机作为成像设备,与传统的航空摄影测量有较大的不同。
因此,已有的摄影测量规范在这种新型摄影平台上并不一定能适用。
按照传统的航测作业准则,有以下几点参考指标:1)飞行速度宜在5O~100km/h之内;2) 发动机宜在飞机前进方向的后部(以避免湍流的影响);3) 在发动机出故障时,飞机应可以安全滑翔降落;4) 相对地面的飞行高度的变化应小于5%;5) 相邻摄站飞行高度的变化应小于5%;6) 航摄平台在作业时其水平误差不得大于3。
;7) 测量飞行速度的误差不大于5%;8) 偏离航线的绝对误差不得大于相片旁向覆盖域的5%;(2)微型无人机遥感设备集成与接口微型无人机平台可采用的候选遥感设备包括4种高空间分辨率(<1 m×1 m)轻型(<6O kg)机载合成孔径雷达(SAR)和两种轻型光学成像设备。
选择适合于具体应用和无人机特点的遥感设备,建立标准设备接口,缩短安装调试周期是集成应用型无人机航空遥感系统的关键。
具体内容包括:1)针对不同应用要求,通过性能价格比较,选择遥感设备;2)完成遥感数据获取设备与无人机平台之间的统一接口设计,以便实现不同型号SAR、红外摄像仪和可见光CCD等设备的快速更换;3) 无人机遥感设备的安装调试。
2、微型无人机飞行控制系统NCG-1型无人机飞控系统是我公司技术人员自主研发的一套微型无人机控制系统。
该系统包含:机载飞控、地面站、通讯设备。
可以控制各种布局的无人驾驶飞机,使用简单方便,控制精度高,GPS导航自动飞行功能强,并且有各种任务接口,方便用户使用各种任务设备。
起飞后即可立即关闭遥控器进入自动导航方式,在地面站上可以随意设置飞行路线和航点,支持飞行中实时修改飞行航点和更改飞行目标点。
单一地面站控制多架飞机的能力和自动起降的功能也正在开发中。
作为无人机的飞行控制核心设备,系统的主要任务是利用GPS等导航定位信号,并采集加速度计、陀螺等飞行器平台的动态信息,通过INS/GPS组合导航算法解算无人机在飞行中的俯仰、横滚、偏航、位置、速度、高度、空速等信息,以及接收处理地面发射的测控信息,用体积小巧的嵌入式中央处理器形成以机载控制计算机为核心的电子导航设备,对无人机进行数字化控制,根据所选轨道来设计舵面偏转规律,控制无人机按照预定的航迹飞行,使其具有自主智能超视距飞行的能力。
(1)自稳能力:在各种气象条件及外界不可预测影响下,智能测算无人机的各项指标参数,自动控制无人机的飞行姿态的稳定,确保无人机正常飞行;(2)自航能力:在保持无人机飞行稳定的前提下,采用各种导航手段,控制无人机按照预先设定的航迹飞行,执行相应航线任务;(3)状态监控与测控接口:作为整个无人机系统的控制核心,飞行控制计算机系统实时监控无人机各模块状态,并通过高速接口与地面站实时进行指令和数据的交换。
NCG-1型无人机飞控系统采用了最先进的FutabaPCM1024系列遥控,操作比一般的无人机控制系统更加灵活灵活,飞行姿态控制更加方便。
控制系统的舵机是我公司自主研发的,达到了50Hz更新率,13 位舵机分辨率,使我们的微型无人机能够获取更高精度的数据。
主要特性如下:集成4Hz更新率GPS,可扩展北斗、GLONASS组合导航;集成数字式空速、气压传感器,0.1mba高精度,高度测量可扩展无线电高度计;集成低成本低重量IMU,通过带GPS修正的Kalman滤波计算最贴近真实情况的飞机姿态,动态精度±2º,消除瞬时加速度、陀螺漂移对姿态计算的影响;使用跳频遥控信道传输遥控指令,跳频902~930MHz,摈弃普通无线遥控器,相当于扩展了跳频抗干扰遥控增程器,遥控控制距离增强到电台的控制距离(地对空10~50km以上),抗干扰性极强,在电磁环境复杂地区仍然能安全可靠的手动遥控无人机;定位系统可扩展差分GPS,实现精准航线控制与自动滑降;可外接高精度惯性导航组件,各类AHRS、垂直陀螺,并可外接涡喷发动机电子控制单元(ECU);可控制机载伺服云台转动,CCD变焦,算法可控制云台锁定地面固定目标;定时、定距相机拍照控制,并在机上保存拍照时的飞机遥测参数;提供半自主控制,操作员仅仅进行摇杆的左右操作,在定高状态下自动控制无人机飞行;实时修改、上传航线,实时调整飞行控制参数;飞行操控手的所有操作动作均有数字记录,可回放分析操控过程;实时显示3轴加速度值、3轴陀螺值等IMU传感器信息;7—20V宽电压输入,12位A/D采集电压监控;多种PID组合控制算法,256~1024个任务航路点,12个制式航线,航段速度、高度、半径和任务可单独设置;“傻瓜式”操作,多种飞行控制方式:全自主弹射起飞、全自主手掷起飞、全自主巡航飞行、全自主“一键式”回收、点哪飞哪、就地盘旋;完全夜航功能;用户可设置的安全保护功能;电压监控、发动机转速监控,发动机灭车、意外安全保护;支持实验室模拟飞行功能,足不出户预先判断飞行效果;9通道舵机输出,支持定时、定距控制拍照任务舵机动作,支持开伞、切伞、开舱、抛撒等舵机动作;支持完全副翼转弯、压坡度横滚转弯,支持常规、V尾、H尾、三角翼等各种布局;搭载在系留平台高空悬浮7天考核,经过军品装备验收程序严格考核,高低温、振动、冲击、电磁兼容等各项指标符合国军标。
3、嵌入式控制软件计算机上运行嵌入式控制软件作为系统的应用软件,飞行控制采用PID控制方法,飞机的运动用旋转四元数表示。
采用基于修正双子样的等效旋转矢量算法进行姿态捷联解算。
机载嵌入式软件除飞行航迹监测与控制外,还包含飞行姿态稳定、测控数据协议接口、数码相机控制、飞行数据记录、各模块状态监控、意外情况处理等六个方面的功能,当发动机故障或发生紧急情况时,可自动开伞进行紧急降落。
A.飞行姿态解算与稳定:飞控软件要实时读取无人机平台的加速度信息、角速度信息,通过积分及融合GPS的定位信息,利用INS/GPS组合导航算法,Calman Filter来解算无人机的飞行姿态,并计算组合导航的经纬度、速度、方位等。
B.航迹偏差校正:任务航线的编制,是根据无人机所要飞行的路线、高度、速度以及所要执行的任务,制订一个航路点列表。
无人机在抵达这些航路点时,可以执行预定的任务,比如飞循环制式航线、任务舵机和数字信号控制机载设备工作、着陆等。
无人机飞行时,将按照航路点列表确定的顺序、速度和高度飞行,在指定的航路点上完成规定的任务事件后,继续按顺序飞行,直至抵达航线的终点。
中控软件根据当前状态与预定航迹的偏差,根据自动控制理论,采用通用控制算法PIDA方程计算校正量。
到达预定航迹点附近后,以智能算法判断是否已达航迹点,并视情将目标点设为下一预定航迹点。
校正量=K p×偏差 +(偏差和)/K i + K d×(偏差变量)K p是比例系数,K i是积分系数,K d是微分系数。
比例系数直接影响舵机偏转量的大小。
增大比例系数可以减小被控量的偏差,但如果增加的太多,将导致控制回路不稳定。
积分系数是影响系统控制精度的时间条件,它的作用时消除系统的静态误差,提高系统的控制精度。
系数大,积分过程长,控制精度提高的慢。
反之,积分过程短,控制精度提高的快。
减小积分系数可以消除控制静差,快速提高控制精度,同样,如果积分系数减小过多将导致控制回路不稳定和震荡。
微分系数是控制偏差的阻尼条件,它与偏差的变化率成正比。
偏差的变化率越大,阻尼作用越强。
微分系数可以增加系统控制的稳定性。
增大微分系数可以提前抑制被控量偏差的快速变化,增加控制作用的稳定性。
但如果增加的太多,将会使舵机频繁动作且对传感器噪声过度敏感,最终也将使系统变的不稳定。
比例系数、积分系数、微分系数由飞行试验确定,调整至合适数值,使无人机按航迹飞行误差最小,当偏差产生时飞行轨迹朝预定航迹收敛速度快,且具鲁棒性。
C.测控数据接口:中控软件的另一重要功能是完成与机载测控设备的数据交互。
将本地数据按照预定帧格式将数据打包传送,和将机载测控设备接收到的数据分包并进行处理。
无人机的高速、中低空飞行条件,使得机载电磁环境无法预测,因此与机载测控设备的数据交换必须具备良好的抗干扰能力。
中控软件采用两次握手协议以消除干扰,确保数据有效传输,不会因电磁干扰而误偏航向甚至执行错误任务。
D.任务设备控制:无人机飞抵预定航路点时,按照任务规划执行相应任务,比如飞循环制式航线、启动相机电子快门、减速开伞等。
中控软件根据相应任务设备的操作协议,根据当前飞行状态控制任务设备的工作状态,平时处于休眠低功耗状态,适当时机启动并根据任务以恰当模式进行工作,适时调整工作模式等等。
E.飞行参数记录:飞行过程中,中控软件记录在飞行中如下表的全部数据,传送至地面测控站,并同时在机载飞行控制计算机上大容量FLASH存储芯片内备份存储。
收后,地面计算机通过Windows超级终端程序,可以连接飞行控制计算机,将记录数据读出并绘图。
根据记录数据曲线图,可以分析和判断飞行控制系统的运行情况。
F.各模块状态监控:飞行过程中,中控软件实时监控各模块的正常工作,当出现非正常情况(模块损坏、电源低电压、测控失效、舵系统无效、回收系统故障等)时,按照预定方案调用意外情况处理,并向地面测控站告警。
G.意外情况处理:为具备抗干扰、抗风等外界不定因素,软件还将智能处理失去与测控站的联系、调整舵面后未按预定航向飞行、长时间不能抵达预定航迹点、强风扰动、中央处理器异常死机等意外情况,以增强全系统的可靠性。
4、地面站系统软件地面控制系统软件在无人机飞行前进行任务航路规划,在无人机飞行过程中显示飞行区域的电子地图、航迹、飞行参数、飞机的姿态航向参数。
飞行中所有飞行参数和导航数据可实时下传并记录。
操作者可通过航迹规划和路径调整进行各种任务的控制执行。
地面控制系统的人机界面让操作者可方便的修改航路点、目标航向并监视飞行状态;。