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AP50驾驶仪技术手册

AP50驾驶仪技术手册

Rev 040509

责权声明

1. 本产品属于中国政府规定的特殊敏感控制物项,用户将为处置产品的一切行为负责。

2. 如果手册中描述的某些性能和功能不能实现或无法使用,这与产品的来源和定购有关。

3. 本公司对于从非正常渠道获得和不明用途的产品,不予任何技术支持。

北京麦克普特无人机控制系统有限公司

目录

驾驶仪介绍 3 升降舵通道PID参数设置33

升降舵通道PID参数试验38

油门通道PID参数设置40驾驶仪的安装 4

遥控接收机的连接 4

方向舵通道PID参数设置42 J1设备转接器 5 航向通道PID参数设置44

航向通道PID参数试验46飞行控制模式 6

俯仰通道PID参数设置47自动起飞和降落 6

速度参照系的选用50安全保护7

空速与平飞迎角的关系50通讯界面7

平飞速度范围的划分和使用51 FP飞行和稳定控制系统8 航时、航程与巡航速度的关系51

飞机纵向控制组合方案52 FP系统主菜单9

FP系统监测报告10 MP导航和任务控制系统55 FP系统设置菜单12

遥控设备和驾驶仪的联合调整15 MP系统主菜单55

驾驶仪导航飞行示意图56驾驶仪PID控制回路18 MP系统监测报告57

MP系统设置菜单59 PID控制回路及控制律18 任务设置菜单62 PID通用运算方程19 航段飞行速度设置63 PID控制原理20 航段飞行高度设置63 PID参数作用效果21 航路点半径设置64转弯控制回路24 航路点任务设置65俯仰控制回路25 制式航线飞行时间设置66油门控制回路26 制式航线选用66升降舵控制回路27 自定义制式航线样式67

任务航线航路点坐标设置70飞行控制通道设置菜单29 任务指令地面试验71

地面站测控71飞行状态分界设置表29

副翼通道PID参数设置31 技术支持71

驾驶仪介绍

AP50自动驾驶仪集成了飞行稳定控制、导航和任务控制等诸多功能,是一套完整的高性能、低成本和微型化的通用无人机飞行控制系统。

z集成了各种传感器和GPS接收机,全重45克

z6伏120毫安低功耗、15克有源GPS天线

z三个任务控制舵机和三个数字任务控制信号(六路任务控制输出)

z全部传感器均采用自动电子调谐(无任何机械调整元件)

z传感器包括GPS接收机、三轴速率陀螺、两轴加速度计、空速传感器和气压高度计

z多种PID组合飞行稳定控制方案

z UAV、RPV_RC、RPV_RF和PIC四种飞行控制模式

z 24个任务航路点,航段速度、航段高度、航点半径和航点任务可单独设置

z任务航路点可分别使用经纬度或极坐标两种方式设置

z可储存6条8个航路点的自定义制式航线,4小时的循环航线飞行时间

z可精确设置的6种变参飞行状态(起飞、爬升、低速、巡航、高速和着陆)

z两路用户A / D模拟数据记录通道

z参数设置全部采用公制度量单位

驾驶仪组成

AP50自动驾驶仪由两个微型计算机组成,MP计算机用于导航和任务控制以及与地面控制站的通讯,FP飞行控制计算机用于飞机的飞行控制和增稳控制。另外的专用处理器用于RC遥控接收机和伺服舵机的控制,舵机控制的固持频率为19毫秒,适用于脉宽信号控制的各种扭矩商品舵机。

驾驶仪规格

尺寸:140×48×25毫米

全重:45克(不包括GPS天线)

功耗:5.3~8.0 VDC@ 120毫安

使用温度:-20至+70摄氏度

使用过载:4 G

破坏过载:100 G

最大速度:250公里/小时(空速控制)、1275公里/小时(地速控制)

最大高度:5100米

注意:直接摔落本装置有可能损坏陀螺,触摸本装置须防静电损害!

驾驶仪的安装

三轴速率陀螺、两轴加速度计、气压高度计、空速传感器和GPS接收机全部集成在一块印刷线路板上,驾驶仪模块必须按箭头指向在飞机重心附近水平安装。

驾驶仪模块的箭头指向应朝向机头,由于传感器非常灵敏,当飞机使用汽油发动机时,驾驶仪模块要求采取减震措施进行固定安装;电动飞机对传感器没有任何影响。安装后,调用FP系统的传感器监测报告7,如果发动机的震动导致加速度传感器Gx、Gy读数跳变较大时,必须改进减震方式。

驾驶仪模块固定好以后,将飞机置于水平(机翼水平、机头略低),然后进入FP系统设置菜单(Setup Menu),按T键,将加速度传感器置于水平零位。

直接使用裸露的驾驶仪模块,极易受到电击和物理损坏。大气静压环境不稳定、其它电子设备的电磁辐射也会对驾驶仪的正常工作产生影响,所以应为驾驶仪配置一个合适的金属外壳。驾驶仪模块可以金属屏蔽,但不能气密封装;强磁场环境对驾驶仪没有任何影响。

遥控接收机的连接

使用遥控接收机转接器,可以与一个五通道以上的遥控接收机进行连接,任何PPM或PCM制式的遥控接收机都可以使用。

插针功能

1 接收机电源负极

2 接收机电源正极5 V (最大30毫安)

3 接收机 CH 1信号线(副翼)

4 接收机 CH 2信号线(升降舵)

5 接收机 CH 3信号线(油门)

6 接收机 CH 4信号线(方向舵)

7 接收机 CH 5信号线(起落架)

7#插针(转接器CH 5信号线)用于连接飞行控制模式切换开关通道,通常使用遥控发射机的CH 5二位开关通道((起落架)),也可以使用遥控发射机上的其它二位或三位开关通道。如果使用遥控发射机上的其它三位开关通道作为飞行控制模式的切换通道,7#插针应与遥控接收机上该三位开关通道连接。

由于驾驶仪提供给遥控接收机的供电电流限制在30毫安,因此遥控接收机上不允许直接插接其余通道的舵机;若插接其余的舵机,舵机电源必须使用与驾驶仪电源共地的另外的单独电源系统。

遥控接收机是由驾驶仪通过CH1通道直接供电的,因此决不能再为遥控接收机连接其它的供电电源。

J1 设备转接器

J1设备转接器用于驾驶仪所有输入和输出设备的连接。

插针功能插针功能

1 主电源负极

2 主电源正极输入(6 VDC@120 毫安)

3 舵机电源负极

4 舵机电源负极

5 舵机电源正极

6 舵机电源正极

7 副翼舵机信号线8 升降舵机信号线

9 舵机电源负极10 舵机电源负极

11 舵机电源正极12 舵机电源正极

13 油门舵机信号线14 方向舵机信号线

15 舵机电源负极16 舵机电源负极

17 舵机电源正极18 舵机电源正极

19 襟翼舵机信号线20 任务舵机S6信号线

21 任务舵机S7信号线22 任务舵机S8信号线

23 MP端口数据输出, RS-232电平24 FP端口数据输出, RS-232电平

25 RS-232电平负极26 RS-232电平负极

27 MP端口数据输入, RS-232电平28 FP端口数据输入, RS-232电平

29 GCS 端口数据输出, TTL电平30 GCS 端口数据输入, TTL电平

31 +5伏稳压电源, 最大输出50 毫安32 5伏稳压电源负极

33 主电源输出(额外使用的) 34 数据发送至视频叠加器(暂时保留)

35 数字任务控制信号C1,TTL电平36 数字任务控制信号C2,TTL电平

37 数字任务控制信号C3,TTL电平38 备用电源电压输入(电压监视器用)

39 A/D 模数记录输入通道1 40 A/D模数记录输入通道2

驾驶仪随机附带一个40线束的转接器,外部设备可以直接与其连接;用户也可以根据使用要求自制或对其进行改装。

1#和2#插针用于连接主电源的负极和正极,主电源可以使用一个6伏的非稳压直流电源,也可以使用一个5伏的稳压直流电源,一般使用4节碱性电池或5节镍镉和镍氢电池(不推荐使用锂离子电池)。

如果使用5伏稳压直流电源,必须焊接P5跳线;如果舵机与驾驶仪共用一个电源,P4跳线必须是接通的;如果舵机使用单独的电源,必须断开P4跳线。

注意:如需焊接跳线时,应避免驾驶仪印刷电路板过热;可以使用锋利的刀片来切断跳线。

飞行控制模式

AP50自动驾驶仪共有四种飞行控制模式,它们分别是:PIC(RC发射机遥控模式)、RPV_RC (驾驶仪飞行稳定控制,RC发射机控制飞行方向、高度和速度)、RPV_RF(驾驶仪飞行稳定控制,地面站控制飞行方向,高度和速度以及航路点等)和UAV完全自主飞行控制模式。

PIC模式:操作者使用遥控发射机直接遥控飞机,它可以操纵飞机的副翼、升降舵、油门和方向舵等。这种模式在接通遥控发射机后,将飞行控制模式切换开关置于PIC位置即可使用。

RPV_RC模式:操作者使用RC发射机的方向舵摇杆控制飞机的转弯,使用RC发射机的升降舵摇杆改变设定的飞行高度,使用RC发射机的油门摇杆改变设定的飞行速度。打开RC发射机将飞行控制模式切换开关置于RPV位置,即可调用RPV模式。为了使这个控制模式在地面试验时能够工作,MP计算机必须完成卫星定位或者先进入MP系统,然后再退出。

UAV模式:关闭RC发射机或者将飞行控制模式切换开关置于UAV模式,即可使用该控制模式。这里需要指出的是:进入这个控制模式后,飞机将进行完全的自主飞行,自动执行起飞前装入的导航和任务指令。

RPV_RF模式:这种飞行控制模式需要与GCS地面控制站结合使用,在这种飞行控制模式下,驾驶仪仅执行飞行稳定控制;GCS地面控制站通过无线数据链路控制飞机的飞行方向,实时改变设定高度、速度、航路点以及任务指令等。

自动起飞和降落

系统开机自检和卫星定位过程约需十几秒左右,升降舵上下点头三次后,起动并检查发动机的运转情况,然后关闭RC发射机或者切换到UAV控制模式,迎风释放飞机即可;也可以人工操纵飞机升空后,再关闭RC发射机或者切换到UAV控制模式。

飞机在起飞和初始爬升的过程中导航控制不参与工作,仅执行飞行稳定控制。当飞机上升到爬升状态的设定高度后,导航控制系统将自动引导飞机加入航线。这种方式支持滑跑、手掷、弹射和火箭助推起飞。

自动降落有两种方式:飞机在完成航线飞行后,如果最终航路点设置了着陆指令,飞机将自动关闭发动机或在怠速状态下,沿着陆航线滑降并在接地前的设定高度自动对正风向;如果任务舵机设置了开伞指令,飞机将自动定点定高打开回收伞降落。

安全保护

自检失败保护:如果系统开机自检失败或导航设置有误,发动机油门会立即关闭,同时反复摆动方向舵和副翼提示操作者,系统转入着陆状态终止起飞。

GPS定位保护:系统开机自检后,如果GPS没有获得完全的3D定位,即使在PIC飞行控制模式下打开遥控发射机,驾驶仪也不会进入遥控飞行模式。也就是说,只要GPS没有定位,遥控发射机也不能操纵飞机。

遥控失灵保护:如果RC遥控时无线电信号被干扰、发射机发生故障、低电或飞机飞出RC控制范围以外,系统将自动转为自主飞行模式。如果此时飞行高度低于设定的临界安全高度(例如遥控降落时),飞机也将转入着陆状态自行降落。

电源低电保护:如果电源监视器监测到机上电压低于设定的临界值,将立即发出着陆指令,飞机转入着陆状态自行降落。

临界高度保护:飞机在RPV_RC或UAV控制模式飞行时,无论什么原因(例如发动机空中停车),如果飞机的飞行高度低于设定的临界高度,飞机将转入着陆状态自行降落。

超速保护:利用空速变参数控制功能,如果飞行空速超过飞机的最大水平飞行速度(例如舵面卡死或脱落导致姿态失控),该功能设置将执行停车和开伞动作。

人机通讯界面

使用随机提供的串行电缆分别连接FP或MP系统的RS-232接口和电脑的9针串口,运行Windows操作系统的超级终端程序即可实现与驾驶仪的通讯。

超级终端程序设置:选择使用的串行端口、19.2 K波特率、数据位8、硬件控制无、停止位1、无数据流控制、终端仿真VT100。

FP飞行和稳定控制系统

将串行电缆与FP系统的RS-232接口连接,进入超级终端通信界面,然后接通驾驶仪电源开关;通信界面将显示FP系统的自检过程和结果。

Flight Processor AP50_040122

Step PRY trims (C) PRY gyros

0 64 71 65 0 3 4

Step PRY trims (F) PRY gyros

0 128 128 128 0 3 4

1 128 133 135 0 1 1

Gyro Trim OK

Step AS trim (C) AS

0 91 28

Step AS trim (F) AS

0 128 2

1 110 18

2 108 20

Airspeed Trim 20 OK

Final check OK

Ready - wait for PIC, Op or Fix ... OPERATOR

Final check OK

Good to go

Launch immediate

在系统初始化的过程中,所有飞行传感器自动校零,此时不要移动飞机,初始化过程结束后,升降舵将点一次头表示自检通过。GPS定位后,升降舵将点三次头表示已定位。在GPS没有定位的情况下是不能飞行的,在升降舵三次点头前,也不要打开遥控发射机。

AP50驾驶仪在完成自检和卫星3D定位后,将通过升降舵上下点头三次的方式表示自检通过和GPS已定位;如果自检失败,方向舵和副翼将反复摆动、系统同时进入着陆状态并关闭发动机。

FP系统主菜单

自检通过后,进入FP系统主菜单的方式:按回车键

Main

----

(P)arameters

(L)og data readout

(S)etup

(R)eport 1-4=servo, 5=pitch, 6=roll, 7=inst, 8=RC, 9=RPV, 10=all 0

(X) exit

按P键,进入飞行控制通道PID参数设置表。

按L键,下载最后一次飞行记录数据,这些数据的捕捉使用超级终端的文本捕捉功能。将下载的ASCII 码文本文件输入Microsoft Excel程序,可以转换为飞行记录数据曲线图。

按S键,进入FP飞行和稳定控制系统设置菜单。

按R和1~10数字键、按回车键、再按X键,可以调出FP飞行和稳定控制系统监测报告;退出监测报告,需按住回车键。

FP系统监测报告

报告1 – 副翼控制通道监测报告2 – 升降舵控制通道监测

飞行状态ST 飞行状态ST

设定的滚转角DR 设定的俯仰角DP

当前滚转角R 当前俯仰角P

滚转角偏差积分Ire 俯仰角偏差积分Ipe

滚转角速率Rdt 俯仰角速率Pdt

方向舵机输出S4 设定的速度DS

襟翼舵机输出S5 当前速度S

副翼舵机输出S1 速度偏差积分Ise

速度变化速率Sdt

滚转角绝对值|R|

升降舵中立位置C

升降舵机输出S2

报告3 – 油门控制通道监测报告4 – 方向舵控制通道监测

油门通道飞行状态Throt state 飞行状态ST

设定的高度DA 设定的转弯速率DTR

当前高度Alt 当前转弯速率TR

高度偏差积分Iate 转弯速率偏差积分Itre

高度变化速率Adt 转弯速率变化速率TRdt

油门舵机输出S3 副翼舵机输出S1

方向舵机输出S4

报告5 – 俯仰控制通道监测报告6 – 航向控制通道监测

飞行状态ST 飞行状态ST

设定的速度DS 方位差Brg

当前速度S 方位差偏差积分Ibe

速度偏差积分Ise 方位差偏差变化速率Bdt

设定的高度DA 设定的滚转角或设定的转弯速率DR 高度偏差积分Iape

高度变化速率Adt

设定俯仰角DP

报告7 – 飞行传感器监测报告8 – RC遥控模式监测

飞行状态ST 遥控或计算机控制模式RC / CIC

俯仰角速率Pdt RC发射机开/关状态Tx on / off

滚转角速率Rdt 副翼通道输出(RC时CH1,CIC时S1)偏航角速率Ydt 升降舵通道输出(RC时CH2,CIC时S2)俯仰加速度Gx 油门通道输出(RC时CH3,CIC时S3)倾斜加速度Gy 方向舵通道输出(RC时CH4,CIC时S4)当前迎角P

当前滚转角R

当前地速GS

空速传感器补偿Pitot

当前空速AS

当前高度Alt

报告9 – 遥测数据监测报告10 – 驾驶仪计算机监测

飞行状态ST 飞行状态ST

遥控或计算机控制模式RC / CIC 飞控计算机状态FP

方位差Brg 导航计算机状态MP

设定的滚转角或设定的转弯速率DR

当前迎角P

设定的迎角DP

当前速度S

设定的速度DAS

当前高度Alt

设定的高度DA

报告11 – GPS导航信息监测报告12 – 传感器信息监测

地速Gnd Spd 俯仰角速率Pdt

高度Alt 滚转角速率Rdt

方位差Brg 偏航角速率Ydt

转弯速率TR 转弯速率TR

误码率Bad msg 速度Spd

qty信息滚转角Roll

FP系统设置菜单

在FP系统主菜单下,按S键进入FP系统设置菜单:

Setups

------

(M)ixer, 1=EA, 2=FA, 3=ER 0

(R)everse servos 0 Rev

(T)rim Gx, Gy 17 0

(P)itot cal factor 65

(G)round / airspeed AIR speed

(A)rm engine before takeoff NOT enabled

(S)tate 1

(I)nitialize all data

(X) exit

按M键,用于控制通道交联设置:

对于使用升降副翼、V型尾翼或襟副翼等非常规气动布局的飞机,可以根据控制要求通过输入相应的代码来设置控制舵面之间的交联关系。

代码舵机交联

1 副翼 -- 升降舵(升降副翼)

2 副翼 -- 襟翼(襟副翼)

4 升降舵 -- 方向舵(V型尾翼)

如果舵机的偏转方向不符合操纵要求,应更改舵机换向代码;如果更改舵机换向代码后仍不符合要求,则须接入反向器或变换舵机信号线。

按R键,用于舵机换向设置:

RC遥控设备与驾驶仪连接后,飞机控制舵面的偏转方向有可能不符合操纵要求,此时可以通过输入相应的换向代码对舵机的转动方向进行设置。

舵机位码

副翼 1

升降舵 2

油门 4

方向舵8

襟翼16

任务舵机S6 32

任务舵机S7 64

任务舵机S8 128

如果单个舵机需要更改偏转方向,直接输入该舵机换向代码即可;如果几个舵机都需要更改偏转方向,输入所有需要换向舵机的代码之和即可。例如:输入代码4,仅使油门舵机换向;若输入代码9,则使副翼和方向舵机换向。

按T键,用于加速度计的水平零位设置:

驾驶仪在飞机内固定好以后,将飞机置于水平状态,然后按T键,加速度计即可置于水平零位。

按P键,用于设置空速传感器使用系数:

在无风天飞行后,通过驾驶仪记录数据比较空速和GPS地速,使用下述公式重新计算并修改传感器修正系数,使空速与地速保持一致。

新系数=(地速 / 空速)^2 ×原系数

^2 – 平方运算

按G键,用于设置速度参照系:

飞行控制运算所使用的速度参照系,根据要求可以使用空速也可以使用GPS地速。使用GPS 地速可以不需安装空速管,在下列情形时可以使用地速:

z飞机的飞行空速远远大于风速

z飞机在很宽的空速范围内始终是安定的

通常,如果飞机的最大平飞速度小于250公里/小时,应使用空速参照系;如果飞机的最大平飞速度大于250公里/小时,使用地速参照系。如果使用地速参照系,速度偏差比例系数SE应比使用空速参照系时减小5个单位。

按A键,用于电动飞机的控制设置:

如果这个控制功能生效,在PIC遥控模式起飞前,驾驶仪可以将电动机置于最小转速;如果飞行期间发生动力电源低电情况,电动机将不能再重新启动。

按S键,用于FP系统地面试验的状态设置:

FP飞行和稳定控制系统进行地面试验时,这项设置可以根据试验要求人为改变驾驶仪的飞行状态,地面试验时通常将飞行状态设为3。

飞行状态(低速Loit、巡航Cruz和高速Dash)在飞行过程中是根据飞机当时的实际空速自动转换的,也就是所谓的变参数控制。变参数控制的作用,是在不同的速度下自动改变驾驶仪的控制量输出,从而实现精确的飞行控制。关于飞行状态转换的详细介绍,参见飞行状态分界表。

按I键,用于FP系统所有参数的默认设置:

这个设置仅用于驾驶仪软件升级后的初始化操作;正常使用期间,绝对不要执行这个操作,否则所有已确定的使用数据将改写为默认值。

遥控设备和驾驶仪的联合调整

z先进入FP系统设置菜单:

Setups

------

(M)ixer, 1=EA, 2=FA, 3=ER 0

(R)everse servos 0 Rev

(T)rim Gx, Gy 17 0

(P)itot cal factor 65

(G)round / airspeed AIR speed

(A)rm engine before takeoff NOT enabled

(S)tate 1

(I)nitialize all data

(X) exit

确认通道交联设置Mixer = 0

舵机换向设置Reverse servos = 0 Rev

z检查遥控发射机设置:

RC发射机所有通道的交联设置已取消;

RC发射机所有通道的反向设置已取消;

RC发射机所有通道的F/S设置已取消;

z确定飞行控制模式切换开关:

驾驶仪根据遥控接收机连接器7#插针(CH 5信号线)所收到的信号脉宽,来决定飞行控制模式的转换。

5通道信号脉宽

飞行控制模式 CH

PIC 0.8 to 1.25 mS

UAV 1.25 to 1.75 mS

UAV 无脉宽信号

RPV_RC 1.75 to 2.2 mS

通常使用遥控发射机的第五开关通道(二位置)作为控制模式的切换开关,在这种情况下接收机转接器的CH 5信号线插头应插入遥控接收机的第五通道。

第五开关通道的两个开关位置,应分别是PIC和RPV_RC飞行控制模式;关闭RC发射机后,应为UAV飞行控制模式。

也可以使用RC 发射机上的其它三位开关,作为飞行控制模式的切换通道。此时,CH5信号线插头应插入RC 接收机上该三位开关通道。当三位开关在中间位置时,应为UAV 飞行控制模式;上下两个位置分别是PIC 和RPV_RC 飞行控制模式。这种方式切换到UAV 飞行控制模式时,可以不关闭RC 发射机。

z 飞行控制模式的切换检查:

将电脑与驾驶仪MP 系统的RS-232接口连接,打开驾驶仪电源开关,屏幕显示搜索卫星0 0 0….时,按住回车键进入MP 系统主菜单,在主菜单下依次按R 、8、Enter 和X 键,调出监测报告8。

在输入操作的过程中,屏幕上不显示任何字符和数据,如果操作错误,须重新输入。如果希望操作时屏幕上显示输入的字符和数据,需进行以下设置:打开超级终端属性、点击设置、点击ASCII 码设置,在ASCII 码发送栏选“本地显示键入的字符”即可。

当扳动飞行控制模式切换开关或关闭RC 发射机时,报告8的第二列显示,应在RC 、RPV_RC 或UAV 之间转换。无论使用哪种切换开关,在关闭RC 发射机时驾驶仪必须进入UAV 模式。

如果飞行控制模式不能正常切换,这与RC 发射机该开关通道的行程量调节ATV 或末端设置太

小有关。此时须重新调整RC 发射机设置,使输出的信号脉宽符合要求。

使用中发现,有部分型号的遥控设备在关闭RC 发射机后,接收机第五开关通道输出的脉宽不是1.25~1.75 ms 或无(也就是说驾驶仪不能进入UAV 模式,仍保持在PIC 模式),这种现象是不允许的。如果出现这种情况,必须修改RC 发射机第五开关通道的F/S 设置。

z 操纵一致性检查:

将电脑与驾驶仪FP 系统的RS-232接口连接,打开驾驶仪电源开关,屏幕显示Fix….时,按住回车键进入FP 系统主菜单,在主菜单下依次按R 、8、Enter 和X 键,调出监测报告8:

打开RC 发射机并置于PIC 控制模式,按照副翼右舵、升降拉杆、大油门和方向舵右偏的要求,同时将RC 发射机摇杆压到底;此时,要求监测报告8显示的CH1、CH2、CH3和CH4的数值应为正值:

WP 1 UAV Fly Leg trk 180 WP 1 RC Fly Leg trk 180 WP 1 RPVRC Fly Leg trk 180 WP 1 UAV Fly Leg trk 180 CIC TX off S1 0 S2 -3 S3 50 S4 0 PIC TX on CH1 100 CH2 100 CH3 100 CH4 100

按上述规定调整好RC发射机后,飞机某些舵面的偏转方向可能会与RC发射机摇杆的操纵方向不一致。这时,再通过FP系统设置菜单的舵机换向设置项 (R)everse Servos,将飞机舵面的偏转方向调整过来。设置规则如下:

换向代码控制通道

1 副翼

2 升降舵

4 油门

8 方向舵

16 襟翼

32 任务舵机S6

64 任务舵机S7

128 任务舵机S8

z飞机舵面的交联设置

驾驶仪与RC接收机连接后,要求RC发射机必须解除所有通道的交联设置。如果飞机的气动布局需要控制通道交联,应使用驾驶仪 FP系统的交联设置项Mixer进行设置,交联设置规则如下:

交联代码交联通道

1 副翼与升降

2 副翼与襟翼

3 升降与方向

舵面交联后,如果舵机的偏转方向在更改舵机换向代码后,仍不能符合操纵要求,需接入一个反向器或倒换舵机线。

z舵面安装和调整要求

打开RC发射机,将各摇杆的微调全部归零;然后调整舵盘和连杆,舵盘连杆接头在传动系中性位置时,舵面应在中立位置:

连接控制舵面的铰链如果松哐或紧涩,都无法保证飞行控制的准确性。

驾驶仪PID控制回路

PID控制回路及控制律

PID控制回路:

副翼通道:倾斜角PI控制器 + 滚转增稳陀螺 + 副翼->方向舵联动控制 + 襟翼控制

升降舵通道:迎角PI控制器 + 速度PID控制器 + 俯仰增稳陀螺 + 转弯高度补偿控制

油门通道:高度PI控制器 + 速度P控制器 + 机动油门 + 平飞油门 + 油门限制器

方向舵通道:转弯速率PID控制器 + 偏航增稳陀螺 + 方向舵->副翼联动控制

航向通道:航向PID控制器 + 转弯速率 / 倾斜角输出限制器

俯仰通道:速度PID控制器 + 高度PID控制器 + 平飞迎角 + 迎角输出限制器

PID控制律:

倾斜角偏差控制副翼偏转

迎角偏差或空速偏差控制升降舵偏转

高度偏差和或速度偏差控制油门位置

转弯速率偏差控制方向舵偏转

航向偏差控制倾斜角设定值或转弯速率设定值输出

空速偏差和或高度偏差控制迎角设定值输出

飞机侧向控制(转弯控制):

航向通道 + 方向舵通道(转弯速率控制转弯)

航向通道 + 副翼通道(倾斜角控制转弯)

飞机纵向控制(速度和高度控制):

升降舵通道(速度控制)+ 油门通道(高度控制+速度消耦)

俯仰通道(速度控制迎角输出)-> 升降舵通道(迎角控制)+ 油门通道(高度控制+速度消耦)

俯仰通道(高度控制迎角输出)-> 升降舵通道(迎角控制)+ 油门通道(速度控制+高度消耦)

俯仰通道(平飞迎角输出)-> 升降舵通道(迎角控制)+ 油门通道(高度控制)

俯仰通道(速度+高度控制迎角输出)-> 升降舵通道(迎角控制)+ 油门通道(高度消耦+速度消耦)

PID参数运算方程

控制器输出 = P / 10 ×(偏差) + 1 / I ×(偏差和) + D / 10 ×(偏差变量)

P – 比例系数(驾驶仪的AE、SE、PE、RE、TRE、HE、Rgyro和Pgyro参数)

I– 积分系数(驾驶仪的Time参数)

D – 微分系数(驾驶仪的Adt、Sdt、TREdt、Hdt参数)

偏差:参数设定值 – 参数实际值

偏差和:∫(参数设定值 – 参数实际值)dt

偏差变量:d / dt(参数设定值 – 参数实际值)

P取值为0:比例项失效

D取值为0:微分项失效

I 取值为1:积分项失效

副翼、升降舵、油门和方向舵控制通道:P和D系数被10除

俯仰控制通道和航向控制通道:P和D系数被100除

副翼、升降舵和方向舵控制通道运算速率:30次/秒

俯仰控制通道和航向控制通道运算速率:4次/秒

油门控制通道运算速率:1次/秒

偏差最大值限制:+ / – 100

输出最大值限制:+ / – 100

积分饱和限制:输出最大值的50%

PID控制原理

驾驶仪在工作的过程中,如果被控制参数出现偏差,比例控制项首先输出与偏差值成正比的控制量来减小偏差。在比例系数恒定的情况下,偏差越大,输出的控制量也越大。在偏差恒定的情况下,比例系数大,输出的控制量也大。纯比例(P)控制方式,适用于控制对象响应快、被控量允许有误差的系统,例如飞机的滚转、俯仰和偏航角速率增稳控制系统。

对于控制对象响应快、参数变化范围小、被控量不允许有误差的系统,例如精度要求严格的迎角和倾斜角姿态控制系统,由于纯比例的控制作用不是非常精确,因而会产生控制误差。为了消除控制误差,就必须采用比例+积分(PI)控制方式。

比例+积分控制的特点:比例作用结束后只要系统还存在控制误差,积分项就会输出积分系数倒数(1 / I)与累积误差乘积的控制量来消除误差;误差为零时,积分作用停止,但已输出的控制量不回零。在误差相同的情况下,积分系数大(积分系数倒数1 / I小),消除误差的控制量输出时间长;积分系数小,消除误差的控制量输出时间短。由于积分的控制作用相当滞后,因此决不能单独使用积分控制项。

对于参数变化范围大且不允许存在误差的控制对象,例如速度、高度、转弯速率和航向控制系统,如果使用比例+积分的控制方式,由于积分作用的延缓和负相位保持特性,将会使控制作用不及时,且超调量和振荡周期都比较大。在这种情况下,就必须采用比例+积分+微分(PID)控制方式。

比例+积分+微分控制的特点:在系统参数出现偏差后,微分项首先输出一个与偏差变化速度成正比的控制量来抑制偏差的变化。偏差的变化速度大,微分项输出的控制量就大;偏差的变化速度为零时,微分项的控制量输出也为零。由此可以看出,微分项的控制作用是针对偏差的变化速度,而不是针对偏差的大小。微分项的控制作用能够在偏差值变的过大之前,提前进行早期的有效控制,也就是阻尼作用。

微分作用对于控制响应比较慢的系统,例如油门控制高度系统几乎没有任何效果。因为在油门开度变化后,高度偏差的改变速度几乎为零,所以微分控制不起作用,这就是油门控制回路没有微分控制项的原因。

如果控制对象响应慢而参数变化范围大,单级PID控制回路无法满足要求时,就需要采用复杂的串级控制回路,例如航向 / 转弯速率控制回路、航向 / 倾斜角控制回路、高度 / 迎角控制回路和速度 / 迎角控制回路等。

串级PID控制回路的外回路,其主要任务是准确保持被控量符合要求(例如航向、高度、速度),而内回路的主要任务是控制动作快,迅速消除与外回路输入的设定值之间产生的偏差(例如转弯速率偏差、倾斜角偏差和迎角偏差),从而使主被控量符合要求(例如航向、高度、速度)。

偏差:飞机受外界干扰导致飞行参数偏离设定值或者导航指令改变参数设定值时,飞机当前参数与设定参数之间出现的偏差。

控制误差:比例控制项减小参数偏差的作用结束后,当前参数与设定参数之间存在的误差。

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