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【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。

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。

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。

500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用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公斤级无人直升机相较于小型无人机具有更高的飞行高度和飞行速度，因此对飞控导航系统的要求也更为严格。

在飞控系统设计方面，我们将考虑到系统的稳定性、可靠性和实时性，通过优化控制算法和传感器结构，实现对无人直升机的高效控制。

而在导航系统设计方面，我们将整合GPS导航、惯性导航和视觉导航等多种导航技术，提高无人直升机的导航精度和抗干扰能力。

通过系统性能测试和实际应用案例的分析，我们将评估500公斤级无人直升机飞控导航系统的性能指标和实际效果，为系统优化策略提供依据。

最终结合总结，展望未来发展和技术应用前景，为无人直升机行业的发展做出贡献。

2. 正文2.1 飞控系统设计飞控系统设计是无人直升机的重要组成部分，它负责控制飞行姿态、维持飞行稳定、实现飞行路径规划等功能。

针对500公斤级无人直升机，飞控系统设计需要考虑飞机结构特点、飞行任务需求、通讯系统、传感器等多方面因素。

在飞控系统设计中，需要充分考虑500公斤级无人直升机的飞行动态特性，选用适合的控制算法和控制器，保证飞行姿态控制的精准性和稳定性。

还需要考虑到飞机的负载能力，确保系统设计满足飞行任务的需求。

导航系统在飞控系统设计中扮演着至关重要的角色。

导航系统的设计需要考虑到飞机的自主飞行能力、导航精度要求等因素，选用合适的导航传感器和导航算法，实现飞机的准确导航和路径规划。

在飞控系统设计过程中，系统性能测试是不可或缺的环节。

通过系统性能测试，可以验证飞控系统的可靠性、稳定性和准确性，保证系统设计的有效性。

飞控系统设计是500公斤级无人直升机的关键技术之一，它直接影响着飞机的飞行性能和安全性。

只有在飞控系统设计充分考虑到飞机的特点和飞行任务需求，以及不断优化调整系统参数和控制策略，才能实现500公斤级无人直升机的高效稳定飞行。

2.2 导航系统设计导航系统设计是无人直升机飞控系统中至关重要的一部分，它直接影响着飞行器的导航精度和稳定性。

小型飞行器自主导航系统的设计与实现随着无人机技术的不断发展，小型飞行器已成为人们生活中常见的工具之一。

为使小型飞行器能够具备自主导航能力，需要设计和实现一个可靠的导航系统。

本文将从导航系统的需求分析、设计原理、实现步骤等方面，详细介绍小型飞行器自主导航系统的设计与实现。

一、需求分析小型飞行器自主导航系统的设计需满足以下基本需求：1. 定位功能：飞行器需要能准确获取自身的位置和速度信息，以便进行导航和路径规划。

2. 避障功能：飞行器需要能够感知前方障碍物，及时避开，以保证安全飞行。

3. 路径规划功能：飞行器需要根据目标位置和现有环境信息，规划出一条安全、高效的飞行路径。

4. 控制功能：飞行器需要根据实时导航数据，进行姿态调整和动力控制，以保持飞行器的稳定和精确导航。

二、设计原理1. 定位功能设计原理：定位功能主要通过全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）相结合实现。

GPS可以提供精确的位置和速度信息，而INS可以通过加速度计和陀螺仪等传感器，实时测量飞行器的加速度和角速度，进而推算出自身的姿态和位置。

2. 避障功能设计原理：避障功能可以通过激光雷达或摄像头等传感器实现。

利用激光雷达可以扫描飞行器前方的环境，根据障碍物的反射信号，判断障碍物的距离和方位，并做出相应的避让动作。

摄像头可以通过图像识别算法分析飞行器前方的视野，检测障碍物并进行识别和跟踪。

3. 路径规划功能设计原理：路径规划功能可以通过利用地图数据和导航算法实现。

地图数据可以包括建筑物、道路、障碍物等信息，导航算法可以根据目标位置和环境信息，计算出最优的路径，并生成航点序列。

飞行器可以根据航点序列进行导航和飞行。

4. 控制功能设计原理：控制功能主要通过飞行控制器和执行器实现。

飞行控制器可以根据实时导航数据和传感器反馈，计算出姿态控制指令和动力控制指令，并将其发送给执行器。

执行器可以根据指令调整飞行器的姿态和动力输出，从而实现精确导航和控制。