基于CAN网络小型直升机自动驾驶仪硬件及导航系统设计
500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用
500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用【摘要】本文主要介绍了500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用。
首先介绍了飞控系统设计原理，包括硬件和软件设计；然后详细分析了导航系统设计原理，包括定位、航向和高度控制；接着讨论了传感器的选择与应用，如惯性导航系统、GPS系统等；然后介绍了控制算法的设计原理，如PID控制、模糊逻辑控制等；最后通过实际应用案例分析，展示了500公斤级无人直升机飞控导航系统的性能和可靠性。
总结了系统设计与应用经验，展望未来发展趋势，指出随着技术的不断进步，无人直升机领域将迎来更广阔的发展空间。
【关键词】500公斤级无人直升机, 飞控导航系统, 设计原理, 传感器, 控制算法, 应用案例分析, 总结, 发展趋势。
1. 引言1.1 500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用500公斤级无人直升机是一种重要的载荷平台，具有广泛的应用场景，如军事侦察、灭火救援、搜救等领域。
而飞控导航系统作为无人直升机的核心控制系统，起着至关重要的作用。
本文将探讨500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用。
飞控系统设计原理是无人直升机飞行控制的基础，其主要包括飞行控制板设计、传感器接口设计、通信接口设计等内容。
导航系统设计原理则涉及到导航算法、数据融合技术、地图数据处理等方面，以确保无人直升机的精准导航。
传感器选择与应用是飞控导航系统中重要的一环，通过选择合适的传感器，如惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GPS）、气压计等，实现无人直升机的姿态控制和位置定位。
控制算法设计则是实现飞控导航系统功能的关键，包括姿态控制算法、自适应控制算法、路径规划算法等，以确保无人直升机能够稳定飞行并按照预定路径导航。
2. 正文2.1 飞控系统设计原理飞控系统设计原理是指在500公斤级无人直升机中，飞行控制系统的设计原理和结构。
飞控系统的设计需要考虑飞行器的动力系统、控制系统、传感器系统和通信系统等多方面因素。
一种小型无人机飞控导航系统
一种小型智能化无人机飞控导航系统随着高新技术在武器装备上的广泛应用，无人机的研制正在取得突破性的进展。
世界上最近发生的几次局部战争，凸现出无人机在军事上的实用性。
然而，飞控导航系统作为无人机的大脑和神经，在无人机的任务过程中扮演着关键角色。
如何设计高可靠和智能化的飞控导航系统，是无人机设计师的终极目标。
目前，国内在起飞重量不超过300kg级的无人机上，飞行控制系统多采用PC104计算机结构或基于单片机两种分立式方案，重量重，体积大，集成化能力差。
无人机的飞行控制主要采取两种形式：第一种是采取预先编制的控制程序，来自动控制飞行；第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站来指挥。
本文要给出了一种基于DSP集成式结构的小型智能型无人机导航飞控设计方案，将两种控制方式进行了有机结合，并已应用于某小型无人机上。
经过试验，证明了该方法的可行性，为今后小型化、低成本无人机自动驾驶仪的设计提供了一种新的思路。
1. 系统设计原则无人机系统应首先具备完整的惯性系统和定位系统，其次应当具有完备的飞行任务管理功能。
为了增强飞行控制功能，应当保证不同飞行指令下的多模式的飞行控制能力，以便在人机交互的同时对飞机的稳定进行控制，进行系统设计时，应当遵循在保证性能的同时尽量减小系统重量和缩小体积，硬件电路设计力求简捷和直接。
要求性能与成本兼顾，并保证系统的可靠性。
2. 系统结构介绍整个无人机系统由GPS/GLONASS接收天线及接收机、机载传感器、无线电接收系统、DSP机载计算机以及执行机构五部分组成。
系统功能结构模块如图1所示。
其中GPS/GLONASS接收模块选用微小型接收装置；机载姿态传感器选用贴片式芯片；为了保证自主导航飞行时航向的精度，除了选取航向传感器外，还应用了一个光纤陀螺；无线电接收系统指的是无线电定位及与地面站（GCS）通讯时数据链路的机载接收装置；机载计算机包括3个DSP处理器：GPS接收解码DSP，导航DSP和飞控DSP；舵机选用Futaba专用舵机。
一种小型无人机导航系统的设计
小型无人机导航系统主要由 ３ 个单元组 成：（ １ ） 微处理器单元；（ ２ ） Ｇ Ｐ Ｓ 单元；（ ３ ） 空 气数据传感器单元。微处理器作为数据处理 和飞行控制的核心部分，既要具有一定的数 字信号处理能力，又要求体积小，因此选择 了性价比较高的 ＳＴＣ１２Ｃ５４１０ＡＤ 型微处理 器，可通过其串行口和专用 ＰＷＭ 输出口分 别与伺服控制板和 ＧＰＳ 接收机通信，并且使 用片内 Ａ／Ｄ 转换接口接收空气数据；ＧＰＳ 单 元有选择的过滤 ＧＰＳ 信息后，将接收到的经 纬度，海拔高度，地速等信息通过串口输入
参考文献 ［１］ 章飚，丁国辉． 基于 ＡＲＭ 处理器的小型
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小型无人机发动机控制系统CAN总线通信技术
2017-08 兵工自动化36(8) Ordnance Industry Automation ·57·doi: 10.7690/bgzdh.2017.08.014小型无人机发动机控制系统CAN总线通信技术曲 鹏，周应旺，崔 雷(南京模拟技术研究所航空电气研究室，南京 210016)摘要：为了提高小型无人机发动机控制系统通信的实时性和可靠性，设计一种基于CAN总线通信的小型无人机机载设备通信系统。
该系统采用响应式和分时式2种发送机制，设计一种基于PIC单片机的多ID CAN总线通信程序和同步时序，详细设计了发动机控制系统CAN总线通信的实现方法，并在发动机热试车和飞行试验中进行验证。
试验结果表明：该系统设计合理，提高了发动机控制系统的通信速率，增强了抗干扰能力，满足发动机控制系统与机载各设备之间实时可靠通信的要求，可广泛应用在小型无人机通信系统中。
关键词：无人机；CAN通信；PIC单片机；发动机控制中图分类号：TP273 文献标志码：ACAN Bus Communication Technology ofSmall Unmanned Aircraft Engine Control SystemQu Peng, Zhou Yingwang, Cui Lei(Aviation Electrical Research Room, Nanjing Research Institute on Simulation Technique, Nanjing 210016, China) Abstract: In order to improve the real-time and reliability of communication for the small unmanned aircraft engine control system, a kind of small unmanned aircraft airborne equipment communication system based on CAN bus is designed. Both responsive and time-sharing send mechanism were used in the system. A multi ID CAN bus communication program and synchronous sequence based on PIC MCU were designed. The engine control system CAN bus communication was designed in detail. Engine run test and flight test were used to validate the system. The experimental results show that the system design is reasonable. It can improve the communication rate and the anti-interference ability of the engine control system, meanwhile, it meet the requirements of the real-time and reliable communication between the engine control system and various airborne devices. It can be widely used in the small unmanned aerial vehicle communication system.Keywords: unmanned aircraft; CAN communication; PIC MCU; engine control0 引言无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle，UAV)，简称“无人机”，因体积小、质量轻、使用方便、生存能力较强、对作战环境要求低等优点[1]，不仅在军事上得到广泛应用，而且在航拍、农业植保、测绘等民用领域也发展迅猛。
直升机自动驾驶仪测试系统软件的设计与实现
以对整个自动驾驶仪系统进行联合测试 。
图 1 测试系统结构图
图 2 主测试界面 针对测试系统自身的设计要求以及被测对象为复杂的自动 驾驶仪系统这一特点 ,适应被测对象和测试内容的变化 ,测试软 件采用分层 、模块化设计的方法 。测试系统主程序的流程图如 图 3所示 。 2. 2 软件功能 根据实际的测试要求 ,直升机自动驾驶仪测试软件应具有 以下功能 : ①信号发送 :根据不同的测试任务 ,向被测设备提供所需要 的外加信号 。 ②数据采集 、分析 :实时采集被测设备的输出信号 ,并对采 集的数据进行分析 。 ③通信功能 :控制计算机通过 RS2485总线获得智能监测单 元的运行状态和采集到的数据 。 ④实时曲线 :拟合采集数据 ,绘制被测设备信号输出曲线 , 直观显示被测设备的运行状态 。 ⑤数据库 :对于采集数据建立数据库 ,记录相应测试时间及
收稿日期 : 2006 - 10 - 10 作者简介 :叶思隽 (1981—) ,男 ,安徽黄山人 ,博士生 ,主要从事测试技术 及容错控制方面的研究 ;王新民 (1953—) ,男 ,江苏扬州人 ,教授 ,博士生 导师 ,主要从事飞行控制及先进控制方面的研究 ;李俨 ( 1973—) ,男 ,河 南郑州人 ,副教授 ,主要从事鲁棒控制方面的研究 ;赵凯瑞 (1977—) ,男 , 黑龙江望奎人 ,博士生 ,主要从事测试技术及自主控制方面的研究 。
2 测试系统软件结构功能设计
2. 1 软件结构设计 系统测试软件选用了美国 Borland公司的 C ++Builder作为
开发环境 。C ++Builder是可视化编程技术和高效灵活的 C ++ 语言的完美结合 。利用其面向对象 、可视化 、VCL组件丰富和具 有高效存取数据库的特点 ,可以实现用最小的代码开销 ,编写出 高效可靠的 W indow s应用程序 [3 ] 。
小型油动直升机的自动驾驶仪设计
小型油动直升机的自动驾驶仪设计无人机——UAV(Unmanned Aerial Vehicle)在近几十年取得了迅猛的发展。
本文的选题正是来源于某小型航拍无人油动直升机自动驾驶仪的设计。
小型油动直升机的制造技术已经趋于成熟，本文选用了90级汽油动力直升机作为自动驾驶仪的控制对象。
对机体进行了改装，提高了整体机械性能。
设计了减震吊舱，用于电路系统的安装与固定。
自主完成了硬件电路系统的总体设计。
其中硬件电路设计任务主要包括MEMS传感器及其信号补偿、姿态解算、飞行轨迹控制和飞行姿态控制等。
微机械(MEMS)传感器的使用使本系统更趋于轻量化、小型化。
但MEMS传感器的精度偏低、易受干扰的固有缺点是影响飞机姿态解算精度的主要原因。
本文对传感器的固定偏移与温度漂移误差进行原理分析和算法补偿，在0-50℃范围内建立温度补偿模型，采用多项式拟合进行了补偿；对传感器的噪声采用了正态检验方法予以剔除；对于调试过程中发现的复杂环境中传感器数据畸变的问题，设计了数字FIR滤波算法，滤除了高频噪声，效果明显。
陀螺仪与具有稳定低频特性的倾角计是姿态解算的信息来源。
虽然陀螺仪具有优良的高频特性，但存在一定的积累误差，设计中采用基于互补滤波的多传感器信息融合技术来修正该误差。
本文采用旋转四元数法用于更新姿态矩阵。
为了提高姿态解算的实时性，使用了四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)法更新旋转四元数。
仿真试验和飞行实验均表明该方法具有长时精度高、动态性能好的优点。
小型无人直升飞机控制包括飞行轨迹控制和飞行姿态控制。
针对直升机控制中多参数环路的特点，设计了角速度与角度内外双环路串级PID的控制算法，经过实际飞行测试基本可以满足飞行控制要求。
小型无人直升机自主着陆视觉导航系统设计及仿真
小型智能车自动驾驶系统设计
小型智能车自动驾驶系统设计冀雯宇;范鑫;周迅;姜磊【期刊名称】《江苏技术师范学院学报》【年(卷),期】2015(000)002【摘要】基于单片机控制及传感器技术，实现小型汽车可自动寻迹行驶的功能，并且能够利用光电传感器检测道路上的障碍，利用两个电机的差动调节，控制电动小汽车的自动避障、寻光及自动停车等过程。
并对整个控制软件进行设计以及调试，最终完成软件和硬件的融合，实现小型智能车自动驾驶的预期功能。
%This design is based on micro-controller and sensor technology. The function we aimed to imple-ment is automatic tracking of the electric car,along with the obstacle detection in the way by photoelectric sensor. Technique of differential adjustment by motors are used in this design to realize automatic obstacle a-voidance,automatic light -leading and automatic parking. Then for the whole control software we accom-plished the program design and program debugging. Finally the software and hardware integration is achieved and the electric car functions are as we expected.【总页数】5页(P23-26,87)【作者】冀雯宇;范鑫;周迅;姜磊【作者单位】江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州 213001;江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州 213001;江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州 213001;江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州 213001【正文语种】中文【中图分类】U463.3【相关文献】1.基于CAN网络小型直升机自动驾驶仪硬件及导航系统设计 [J], 赵涛;汪滔2.小型智能车自动驾驶系统设计 [J], 冀雯宇;范鑫;周迅;姜磊;3.自动驾驶新标配之“聪明的车+智能的路”——车路协同自动驾驶系统初探 [J], 刘睿健4.自动驾驶新标配之“聪明的车+智能的路”——车路协同自动驾驶系统初探 [J], 刘睿健5.小型智能车电机驱动与速度控制系统设计 [J], 丁彦强;张凤生;刘丹阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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个功 能模 块最 为合 理 。 １ 通
１１ 系统 的硬 件 组成 ．
硬件 系统 包括 ：ＧＰ —— 全 球 定位 系统 ，获得 Ｓ 经纬 度 ，高 度 ，速 度 等信 息 ；指 南针— — 根据 地球
２３ 姿态 导航 数据 的处 理 ．
ＧＰ 指南 针模 块 ⑤按照 一定 的频率 将数 据发 送 Ｓ 给模 块 ④之 后 ，模 块 ④利用其 内部 的高性能 数字 信
求 有一 定 的对称要 求 ， 因此 其位 置相 对要 求 比较 高 ， 而控制 器 要与舵 机 等设 备连 接 ，因此 要靠近 舵机 放 置 。而 ５ ）中的 ＧＰ Ｓ若要 使 用 内置天 线 的话 ，其 天
携带诸 如 照相机 ，摄 像机 ，监测仪 器 ，通讯 产 品等
设 备实 现勘 探侦 查任 务 ，具 有机 动 灵活 的优 势 ，能 完成一 些其 他飞 行器 完成 不 了的 任务 ，自动 驾驶 仪 的 出现 解决 了小 型无 人直 升机 极 难操 作 的问题 ，大
传输 电 台 ，３ ）控 制 器部 分 ，４ ）惯性 传感 器及 气压
高度 计 ， ） Ｐ ５ Ｇ Ｓ与指南 针 部分 ， ） 机 及 电调 。 ６舵 如 图 １ 示 。很 多现 有 系统是 把 ３ 这 三个 部分 合并 所 ～５ 在一起 设 计 ，这种 设 计是 有很 多缺 点 的 。由于 惯性 传 感器 要 安装于无 人 直升机 的转轴位 置附 近并 且要
面站数 据 传输 电 台— —传 达 飞机 飞行 指令 ，返 回飞 机 飞行 数据 信 息等 ；遥 控 接收机 —— 通 过遥 控接 收 飞行指 令 ，在 非 自动驾 驶 模式 下可 遥 控操 纵飞 机 ；
： ２ ２ Ｒ ４ ５４ ２ １Ｃ， Ｐ （ 程 ） Ｃ Ｎ， Ｂ 肓ＲＳ ３ ， Ｓ ８ ／２ ，２ Ｓ Ｉ 短 ， Ａ ＵＳ 等等 。 Ｓ ３ ／８ ／２ 的通 讯 的速率 和协 议 方面 不是 Ｒ ２ ２４ ５４ ２ ： 常理 想 ，因此该 系统 中未采 用这 种较 常 见 的通 讯 ｛ 乍
Ｃ ＡＮ网络联 系起 来 ，组成 一个 小型 ，高 效 ，稳 定 的 自动驾 驶 系统 。 小型 无人 直升 机 目前有 着广 泛 的应 用 ，它 可 以
舵机 与 电调—— 飞机 行为 的执 行者 。
１２ 系统 结 构 ．
根 据 驾驶仪 的 特点 ，可 以将整 个 驾驶仪 划分
为六 个部 分 ：１ ）遥控 接 收机 ，２ ）地 面站 无 线数 据
磁场 方 向确定 飞机 自身 的姿 态信 息 ；惯 性 导航单 元 （ Ｉ ＭＵ） —— 根 据惯 性导 航原理 计 算飞机 姿 态及速 度
加 速度 ；气压 高度 计— — 测量 飞机 的海拔 高 度 ；地
将 一个 整体 划分 为三 个部 分 的代价 是要增 加一 套 通讯 系统 ，工程 上 比较 常 见的 中短程 的通 讯协 议
文献标识码 ： Ａ 文章编 号：１ ０ — １４ ２ １ ） ２ ０ １ ０ ９ ０ （ ０ ０ －０ ８ － ３ ０ ３ ０
关键 词：Ｇ Ｓ ／Ｓ Ｐ ＋Ｎ ；无人直升机 ；自动驾驶仪 ；Ｃ ＡＮ；Ｅ Ｆ Ｋ
中图分类号： ４ Ｖ２１
０ 引言
本文 采 用 Ｇ Ｓ Ｉ 捷联 惯 性导航 系统Ｉ 为 自 Ｐ ＋ＮＳ ２ 作 动驾 驶仪 的导 航 系统 ， ＤＳ 用 Ｐ作 为计 算导航 信 息 的 核 心 ， ＡＲ 用 Ｍ处 理器 作 为飞机 的控制 核 心 ， 根据 并 自动 驾驶 仪 的特 点将 整个 系统划 分 为 几个部分 ，用
务ｌ
甸 化 ’
基于 Ｃ Ｎ网络 小型 直升机 自动驾驶仪硬件 Ａ 及导航 系统设计
Ｄｅ ｉ ａ ｄ ａ ｅ ａ ａ ｉ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｏｒａ ｕ ｏ ｌ ｆｓ ａｌ ｈ ｉ ｏｐ ｅｒｂ ｓ ｄ ｏｎ ＣＡＮ ｎ ｔ ｓ ｇｎ ｈ ｒ ｗ ｒ ｎｄ ｎ ｖ ｇ ｔｏｎ ｓ ｓ ｅ ｆ ｎ ａ ｔ ｐｉ ｏ ｍ ｌ ｅｌ ｏｔ ｃ ｔ ａ ｅ ｅ
赵 涛 ，汪 滔
ＺＨＡ０ ａ ． Ｖ Ｔ ｏ Ｖ ＡＮＧ Ｔａ ｏ
（ 哈尔滨工业大学 ，深圳 ５ ８ ５ ） １ ０ ５
摘
要：本文介绍一种基于 Ｃ Ｎ Ａ 网络的无人直升机 自动驾驶仪 的硬件系 统结 构与姿态导航原理。此系 统采 用 Ｇ Ｓ Ｎ Ｐ ＋ＩＳ组合 导航 系统 ， 通过非 线性 卡尔曼滤波。计算 飞机 姿态与导航信息。
大 扩展 了其 应用 领域 ，因此 ，得 到 了社 会各 界越 来
越 广泛 的关 注 。
线 是不 允许 金 属物 质阻 挡信 号 的 ，而指 南针 却 是不
允 许周 围有未 知 的变化 较大 的 电流所 产生 的磁场 以
及铁 磁性 物 质 ，因此 将 ＧＰ 和 指南 针一 起放 在远 离 Ｓ 机体 且容 易 接收 Ｇ Ｓ信号 的位 置 ， Ｐ 此位 置一 般选 在 飞机 尾部 ，即原 理 复杂 的机 械部 分 以及舵 机 ，又 有
收稿 日期：２ ０ — Ｉ２ ０ ９１ －１
作者简介：赵涛 （９４一） １８ ，男 ，硕 士 ，研究方向为 自动控制 、电子 电路技术 、嵌入式 。 第３卷 ２ 第２ 期 ２ １ — 【 １ ００ ２ ８】
骞Ｉ 訇 化 、
方 式 ；ＩＣ总线在 低 速场 合 应用 较 多 ，速 度 方面 不 ２
满 足要 求； Ｐ 多用 于处 理器 之 间 ， ＳＩ 处理 器 与外设之 间的通讯 ，其 物理 层信 号在远 程通 讯方 面有极 大 的
缺 陷 ，不稳 定 ；ＵＳ Ｂ虽然 速度方 面 没有 问题 ，但 由
采集 之后经 筛选 处理 或一 些滤 波校 正处理 之 后 ，打
包成 Ｃ ＡＮ网络 上 的通 讯协 议 发送给 Ｉ ＭＵ模 块 ④。