无人机飞控系统故障诊断专家系统设计
四旋翼无人机系统设计
《工业控制计算机》2021年第34卷第6期87四旋翼无人机系统设计Des ign of Quadrotor UAV System覃江德岳敏王敏涛王泽（上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海201620）摘要：四旋翼无人机是一种结构简单，操作灵活的垂直起降无人机。
首先分析了四旋翼无人机控制系统设计，接着详细介绍油门值遥控开环实现方案以及无人机遥控器信号处理和低电压保护方案，引入负反馈通过陀螺仪将无人机的当前姿态角反馈到单片机。
通过程序检测,所设计飞行控制系统满足预期控制效果。
关键词：无人机;单片机;无线遥控器Abstract:Quadrotor UAV is a k i nd of vert ical take-off and land i n g UAV w i t h s i m ple structure and flex i ble operat i o n.Th i s paper firstly analyzes the control system des i g n of the quadrotor UAV,and then introduces the real i z at i o n scheme of the throttle value remote control open-loop and the remote control s i g nal process i n g and low-voltage protect i o n scheme of the UAV in deta i l.The current att i t ude Angle of the UAV is feedback to the SCM through the negat i v e feedback through the gy-roscope.Through program test i n g,the fl i g ht control system des i g ned in th i s paper meets the expected control effect.Keywords:UAV,SCM,w i r eless remote control多旋翼飞行器作为无线电遥控的一种类型，由于对场地要求较低,不需要跑道起飞，可空中稳定悬停，结构简单，在各个领域应用日益广泛。
一种无人机导航飞控系统综合试验台的设计与实验
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基于双STM32多旋翼无人机控制系统设计
基于双STM32多旋翼无人机控制系统设计摘要：随着我国经济建设的飞速发展，科学技术突飞猛进的飞速发展也是有目共睹的，本文分析了基于双STM32芯片控制系统的具体设计方案，主从控制器为两个STM32F107VCT6芯片，数据通信经过高速SPI接口，保证了数据控制的实时性。
同时，本文合并介绍了系统的硬件设计方案，双STM32多旋翼无人机控制系统的设计优良，可以为后续复杂的运算提供更多可行的操作平台，提高了系统的运行功能，以期为此后无人机控制系统的具体设计提供更多的借鉴依据。
关键词：双STM32；多旋翼；无人机；控制系统；设计引言在科学技术不断发达的进程中，多旋翼无人机自身具有的气动结构布局逐渐完善，飞控技术也得到较大进展，在无人机飞行控制的时候，关键是无人机控制的相关设计，也就是控制律。
无人机飞行轨迹控制和姿态控制属于无人机飞控系统的两个方面，只有加强控制系统才可以促使多旋翼无人机飞行轨迹得到有效控制，因此也可以充分说明姿态控制律设计是轨迹规划的主要基础。
飞控系统是多旋翼无人机的核心内容，而姿态控制系统则属于飞控系统的核心，因此多旋翼无人机飞行姿态控制律在设计的情况下，这也就成为关乎其控制结果的重要内容。
在新技术发展的基础上所出现的新控制理论和控制算法，新理论可以比较轻易的解决以往多旋翼无人机设计方面所具有的技术难题，有效解决以往固定翼无人机飞行控制理论问题。
1多旋翼无人机的特点多旋翼无人机主要指的是对称结构的旋翼飞行器，驱动力为无刷电机旋翼产生的升力，主要依靠旋翼不同的升力保持不同的飞行姿态。
四旋翼、六旋翼以及八旋翼均属于多旋翼无人机的样式，虽然旋翼个数各不相同，但其具备相同的飞行原理。
在实际飞行过程中，无人机围绕X、Y、Z三个方向进行转动与移动，分别具备俯仰运动、偏航运动以及滚转运动的方式。
以四旋翼无人机为例，分析其运动原理。
四旋翼无人机相隔旋翼的旋转方向相同，但相邻旋翼的旋转方向相反，可以在飞行时抵消电机的反转力矩，避免出现悬浮自转问题，从而产生偏航运动。
无人机配送如何应对技术故障和系统故障
无人机配送如何应对技术故障和系统故障在当今快速发展的物流领域，无人机配送作为一项创新的技术，为我们带来了高效、便捷的服务。
然而，就像任何复杂的技术系统一样，无人机配送在运行过程中也不可避免地会面临技术故障和系统故障的挑战。
这些故障不仅可能影响配送的效率和准确性，还可能对安全造成威胁。
因此，如何有效地应对这些故障，成为了无人机配送领域中一个至关重要的问题。
首先，我们需要明确无人机配送中可能出现的技术故障和系统故障类型。
技术故障包括但不限于无人机的动力系统故障，如电池耗尽、电机故障等；飞行控制系统故障，如传感器失灵、导航错误等；通信系统故障，导致无人机与控制中心失去联系。
系统故障则可能涉及到配送调度系统的错误、数据库崩溃等。
针对动力系统故障，一方面，无人机应配备高性能、高可靠性的电池，并在每次飞行前进行严格的电量检测和电池健康评估。
同时，研发更先进的电池管理系统，能够实时监控电池状态，提前预警电量不足，并自动规划返回充电的最佳路线。
另一方面，对于电机等机械部件，要进行定期的维护和检查，及时更换磨损的零件，确保其正常运转。
飞行控制系统故障是较为严重的问题。
为了应对传感器失灵的情况，无人机可以采用多传感器融合技术，结合惯性测量单元、GPS、气压计、视觉传感器等多种设备，互相校验和补充，提高系统的容错能力。
当某个传感器出现故障时，其他传感器能够继续提供有效的数据，保证无人机的稳定飞行。
此外，对于导航错误，要不断优化导航算法，结合实时的地图数据和气象信息，提高导航的准确性。
同时，建立备用导航系统，一旦主导航系统出现故障，能够迅速切换到备用系统，确保无人机不迷失方向。
通信系统故障可能导致无人机失去控制或无法及时传输重要的数据。
为了提高通信的可靠性，可以采用多种通信方式相结合，如 4G/5G 网络、卫星通信等，并设置自动切换机制。
当一种通信方式出现故障时，能够无缝切换到其他可用的通信方式。
此外，加强通信信号的加密和抗干扰能力，防止恶意攻击和信号干扰，保障通信的安全性和稳定性。
无人机的控制系统与应用研究
无人机的控制系统与应用研究无人机自从问世以来，就逐渐渗透到了各个行业领域。
它先是用于军事领域，接下来又囊括了民用领域的多个方向，成为了当前热门行业。
而无人机的技术发展已经逐渐成熟，也从单一的功能逐渐走向多方面发展。
作为无人机的核心部分，控制系统是说到无人机就必须要谈到的。
本文将针对无人机的控制系统与应用展开讨论。
一、无人机控制系统概述无人机控制系统主要由飞行控制系统和地面控制系统两个部分组成。
1、飞行控制系统飞行控制系统是指负责实际控制飞机动作的系统，包括传感器、控制电路等，其主要功能是实时获取飞机状态、调节动力系统并实现飞行控制。
2、地面控制系统地面控制系统则是由工作站、终端控制设备、相应的地面传输系统和数据处理软件共同组成。
主要通过设备实现对飞行任务的设置、实时掌握飞机状态和飞行轨迹、协调遥控器与无线遥控通信频率等。
二、无人机的应用领域1、军事方向无人机在军事方面有着广泛的适用性。
由于其机动性能强，密集景区可以留有大量军用机架起飞，以达到拍摄全景，侦察，战术侦察等目的。
在军事方面，无人机还可以用于战区作战指挥。
它可以实时传输地形图和敌情状况，为军队的指挥决策提供有力支持。
2、测绘勘探方向由于其飞行高度和视角独特，无人机可以航拍大面积土地，大幅提升航拍全面性和数据质量，提高测绘、勘探、考古等领域的效率和精度。
3、农业生产无人机在农业生产方面的应用被称为农业物联网。
使用大型农用机或传统的人工工作人力有限，而农业物联网技术可以通过无人机定时、定点、定人工喷施、截长补短，及时找出农舍施药、刈草、施肥等问题。
航拍更加全面的色彩图像，为农业生产提供数据支持。
三、无人机的未来展望随着无人机的广泛使用，其在更多领域的应用方向也得到了广泛关注。
在未来的发展中，无人机的控制技术将更加智能化和完善。
同时，安全性将会成为无人机的重点技术方向之一。
在未来，无人机将会在更多领域中得到并且会不断拓展。
综上所述，无人机的控制系统与应用在多个领域中得到广泛的应用。
无人机应用知识：无人机的控制系统及算法介绍
无人机应用知识：无人机的控制系统及算法介绍无人机是一种无人驾驶的飞行器，大幅提升了人类的观察、勘察和采集能力。
无人机的控制系统和算法是无人机成功运作的关键，本文将为大家介绍无人机控制系统的工作原理和常用的算法。
一、无人机控制系统的工作原理无人机控制系统的核心是飞行控制器（Flight Controller，FC）。
飞行控制器主要包括传感器、CPU、调制解调器和电源系统等组成，其中传感器和CPU是最为重要的部分。
1.传感器飞行控制器的传感器主要包括以下几种：（1）加速度计（Accelerometer）：用于测量飞行器的加速度，确定其加速度的大小和方向。
（2）陀螺仪（Gyroscope）：用于测量飞行器的角速度，确定其旋转速度和方向。
（3）磁力计（Magnetometer）：用于测量飞行器所处的磁场，确定其所在的方向。
（4）气压计（Barometer）：用于测量飞行器所处的高度，确定其海拔高度。
2. CPU飞行控制器中的CPU负责运算和控制，其主要功能包括数据采集、信号处理、控制计算和控制输出等。
通过分析传感器采集的数据，CPU可以得到飞行器的实时状态信息，从而根据预设的控制算法进行计算，输出给各个执行机构控制指令，从而调整飞行器的运动状态。
3.调制解调器调制解调器是飞行控制器与地面站进行通信的设备，主要负责接收地面站发送的指令，并将飞行器状态信息上传到地面站。
4.电源系统飞行控制器需要电源供电，无人机通常使用锂电池作为主要电源。
电源系统设计不当会对飞行控制器的性能产生影响，例如电源电压波动会导致飞行控制器输出的控制指令不稳定。
二、常用的无人机控制算法无人机的控制算法是控制系统重要的组成部分，其好坏直接决定着飞行器飞行的稳定性和精度。
以下是几种常用的无人机控制算法。
1. PID控制算法PID控制算法是一种常见的飞行器控制算法，其作用是通过将飞行器的状态与期望状态之间的误差作为控制量，不断调整飞行器的姿态以尽可能减小误差。
无人机载荷装置控制系统的设计与实现
无人机载荷装置控制系统的设计与实现随着科技的不断发展，无人机在各个领域中被广泛应用，如农业、环境保护、安全预警等。
而无人机的载荷装置则成为实现无人机任务的重要组成部分，因为可以通过载荷装置实现对目标对象进行采集、监控和观测等操作。
因此，本文将探讨无人机载荷装置控制系统的设计与实现。
一、无人机控制系统的基础构成无人机控制系统基本的构成主要包括传感器、执行机构和控制器。
其中，传感器是感知无人机周围环境的设备，如提供姿态信息的加速度计、陀螺仪、磁强计等；执行机构则是实现无人机动作的装置，如舵机、马达、电机等；控制器则是对传感器采集到的信息进行运算处理，然后通过执行机构来对无人机进行控制。
二、无人机载荷装置的设计要求无人机载荷装置作为实现无人机任务的关键组成部分，在设计时需满足以下要求：1.负载能力无人机载荷装置需要有一定的承重能力，以便搭载相应的设备完成任务。
而承载能力不足会使无人机不稳定，甚至危及安全，因此必须在设计时充分考虑。
2.鲁棒性和可靠性无人机载荷装置在实际使用中，受到复杂的环境因素和操作误差的影响，容易出现故障。
为提高机载装置的可靠性，可以采用更高质量的材料，采用多点支撑设计，合理设置冗余措施等。
3.协同性无人机载荷装置需要与其他设备协同工作，如地面站、地理信息系统等。
因此在设计时，需要充分考虑协调性和统一性，采用标准接口和数据协议，以实现数据的快速传输和处理。
三、无人机载荷装置控制系统的实现方案无人机载荷装置控制系统的实现方案主要涉及四个方面：主控板选择、操作系统选择、电路设计和软件开发。
1.主控板选择目前市场上常见的主控板有STM32系列、FPGA、Arduino等，根据实际需求的灵活性、扩展性、性能等因素，可根据实际需求选择主控板。
2.操作系统选择目前无人机使用的操作系统主要分为RTOS、Linux、Windows 等。
Linux系统相对轻量级，可以满足对无人机的控制和数据处理等需求。
无人机故障排查与维修流程详解
无人机故障排查与维修流程详解随着科技的不断进步，无人机已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
无人机的应用范围越来越广泛，从军事侦察到民用航拍，无人机的用途多种多样。
然而，由于无人机的复杂性，故障是无法避免的。
本文将详细介绍无人机故障排查与维修的流程，帮助读者更好地了解和解决无人机故障。
首先，当发现无人机出现故障时，第一步是冷静下来并评估情况。
无人机故障可能是由多种原因引起的，如电池故障、电子元件故障或机械部件故障等。
评估情况的目的是确定故障的性质和可能的原因，以便更好地进行排查和维修。
接下来，根据评估结果，开始进行故障排查。
首先，检查无人机的电池状态。
无人机的电池是其能源来源，如果电池电量不足或电池损坏，无人机将无法正常工作。
使用电池测试仪或多用途充电器来检测电池的电量和健康状况。
如果发现电池电量不足，及时充电或更换电池。
如果电池损坏，需要购买新的电池进行更换。
如果电池正常，接下来检查无人机的电子元件。
无人机的电子元件包括主控制板、传感器、电机等。
通过检查电子元件的连接情况和外观是否损坏来确定是否存在电子元件故障。
如果发现电子元件松动或损坏，可以尝试重新连接或更换新的电子元件。
如果电子元件正常，那么可能存在机械部件故障。
无人机的机械部件包括桨叶、舵机、螺旋桨等。
检查机械部件的连接情况和外观是否损坏。
如果发现机械部件松动或损坏，可以尝试重新连接或更换新的机械部件。
如果以上排查步骤都没有找到故障原因，那么可能是软件问题。
无人机的软件包括飞行控制软件和遥控器软件。
首先，检查飞行控制软件是否有更新版本。
如果有更新版本，及时进行更新。
其次，检查遥控器软件是否设置正确。
如果遥控器软件设置错误，无人机将无法正确响应指令。
确保遥控器软件的设置与无人机的型号和需求相匹配。
在排查故障的过程中，一定要注意安全。
无人机往往悬浮在空中，排查故障时可能存在意外飞行或掉落的风险。
在室外排查故障时，选择一个开阔的空地，远离人群和建筑物。
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图 １ 无人机飞行 控制系统故障诊断专家 系统总体结构 图
收 稿 日期 ：０ １ １－ ７ ２１－２０
作者简 介 ： 学初（ ９ ３ ） 男 ， 孙 １８ 一 ， 辽宁盖州市人 ， 硕士 ， 研究方 向： 专家系统 ， 故障诊断 。
《 装备制造技术）０ ２ ２ １ 年第 ２ 期
． 本系统 主要 对该型号无人机 的计算机 系统 ， 传 ２４ 推 理过 程 感器系统 和伺 服作动系统进行检测 ，故 障的具体信 图２ 为故障的推理 网络。 息 以故பைடு நூலகம்单元 表示 ， 而每一个故障单元 ， 又可 以用如 下 的结构体表示 ，通过为每个被测单元声 明一个结 构数组 ， 各个表之间的联系 ， 主要靠表之间的索引号 进 行关 联 。
）
对于该推理网络 ， 我们已知如下规则 ：
Ｒ ：Ｆｓｍ ｏ ｌＩ ｓｒ ｅ ｘ （ ） Ｈ１
Ｒ ：Ｆｓｍ ｏ Ｔ Ｅ （ ０ ，． ０ １ Ｈｌ ２Ｉ ｓｒ Ｈ Ｎ １０００ ０ ） ｅ Ｙ ０ Ｒ ：Ｆ Ｈ１ Ｔ Ｅ ６ ，．１ ３Ｉ Ｈ Ｎ（ ５ ００ ）
一
的规 则 ， 行有 效 地 推理 ， 出正确 的结 论 。 进 得
其体系结构如图 １ 所示 。
表达方式又对问题的求解起 到了重要的作用 ，为 了 更好地表达知识 ，我们在传统的知识表达方式的基 础之上 ， 结合无人机飞行控制 系统的具体特点 ， 采用 了分类分析与现象抽象 的办法 ，建立 了适合本系统 的知识表达方式 ： Ｉ ＦＥＴ Ｎ （ Ｓ Ｌ Ｈ ＨＥ Ｌ ， Ｎ） 本 系统将每一个问题 的原 因，都 经过了具体的 抽象后 ， 归纳为两个方面。这样 即做到了找出故障的 主要 问题 ， 又利 于 数 据 的有 效 存 储 ， 高 了 系统 的 推 提 理 效率 。
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Ｃ ａ＊ ａｌ ｎｍ ； ，故 障名 称 ｈｒ Ｆ ｕｔ ａ ｅ ＿ ／ Ｆ ｃ ｏｅ ａｌ ｒａｏ； 故 障原 因 ａｔ ｔ＊Ｆｕｔ ｅｓｎ／ Ｎ ＿ ／ Ｃ ａ＊Ｍａ ＿ ｅ ｏ； ，专 家 建议 ｈｒ ｉ ｍ ｔ ｄ ， ｎ ｈ
１ 飞控 系统 故障诊 断专家系统体 系结构 ２ 专家 系统 的具体设计
无人机飞行控制 故障诊断专家系统 ，实际上是 ． 个 智 能 的软 件 ，其 内 部包 含 了大量 的飞行 控 制 领 ２ １ 故 障知 识库 的建 立 由于无人机 飞行控制 系统 的复杂性 ，给我们进 域专 家的理论与实践经验 ，并将这些经验进行合理 行 故 障分 析 ， 知识 表达 带来 了很 大 的不 便 。而 知识 的 的 抽象 ， 为 知 识 。再 根 据 这些 知 识 ， 变 通过 制 定相 关
２２ 建 立 推理 机 制 －
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推理 过程 ， 就是对某一 问题 的求解过程 ， 求解结 果 的品质与求解 的效率 ， 依赖于求解的方法嘲 。对于 推理方法的分类 ，可 以将其分为确定性推理和不确 定 性推 理 。 确定性 推理 ， 是建立在经典逻辑基础上 ， 运用确 定性知识进行的一种精确性 、 单调性推理。 结合 系统 的特点 ，本文采用 了不确定性 的推理
飞控 系统是无人 机机载设备 的重要组成部分 ， 其 中， （） １ 故障知识库 。 用于存储无人机飞行控制领域 承担着飞机姿态稳定 、 导航 、 导引 、 进场 、 着陆等重要 作用 ， 在很大程度上决定 了无人机 的性能与安全。因 专家的专业知识和维护人员在维护过程中积累的维 此， 在地 勤维护工作 中， 高效率 、 高品质地完成检测 护经验 。 （） ２ 综合数据库 。用于存储系统 的初始数据 ， 检 任务 ， 是保证飞机安全的重要 因素。 但长期 以来 ， 航空 电子设备 的故障诊断 ， 主要是 测方法 ， 以及在进行推理过程中所得到的中间信息。 靠人工完成 ， 导致检测效率低下 ， 不能满足航空电子 （） ３ 知识获取模块。 用于获取维护人员与专家的 设备故障诊断的要求 。 相关知识。 。 （） ４ 推理机 。 专家系统 中实现基于知识推理的部 为 了改善这种状况 ，本文提出了采用专 家系统 的故 障诊 断方 法 。该 方法 可 以使 外场 测 试 的 准确 性 件 ， 是基于知识 的推理在计算机中的实现 。 （） ５ 解释说明机制。 对知识库 中的规则和诊断结 有很 大提 高 ， 同时还提 高了检测 的效率 ， 并降低了对 果给 出合理 的解 释 ， 用一 种易于理解 的形 式表达 并 外场人员 的技术要求 ， 保证了无人机系统 的可靠性 、 可维 护 性 和安 全性 【 ” 。 出来 。 （） ６ 人机接 口。即是我们通常所说的界面。
Ｅｑ ｉｍｅ ｔ ｕｐ ｎ Ｍａ ｕａｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙＮｏ２ ２ １ ｎ ｆｃｒ ｇＴ ｃｎ ｌｇ ．， ０ ２ ｌ
无人机飞控 系统故 障诊 断专家 系统设计
孙学初 。 陈小平
（ 电子科技大学 空天科学技术研究院 ， 四川 成都 ６ ３ ） １７ １ １
摘 要： 针对无人机 飞控 系统的特点和维护要求 。 绍 了ＭＢ Ｔ故障诊断专 家 系统 的设 计思路和 实现 方法 ， 介 Ｉ 构建 了无人 机飞控 系统故 障诊 断专 家系统的体 系结构 。 深入研 究了如何 建立故 障知识 库、 制定推理机 削、 组建综合数 据库 和故 障
解释 ， 并结合某型号给出了具体的示例。在工程实际使用过程中，＇ｔ４ －ｇ＃用本系统对无人机飞控系统进行有效维护。 ｑ
关键词 ： 飞控 系统 ； 家系统 ； 专 故障诊断 ； 无人机
中图分类号 ： Ｐ１ ２ Ｔ ８
文献标 识码： Ａ
文章编 号： ６ ２ ５ ５ （ ０ ２）２ ０ ６ － ３ １ ７— ４ × ２ １ ０ － ０ ６ ０