1 飞行控制系统的硬件设计
- 格式:docx
- 大小:14.04 KB
- 文档页数:3
2016 南阳理工学院本科生毕业设计论文学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生指导教师完成日期南阳理工学院本科生毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors总计毕业设计论文25 页表格0 个插图20 幅3 南阳理工学院本科毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous controlsystem for the quadrotor unmanned aerial vehicle based on ARM processors学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生姓名学号指导教师职称评阅教师完成日期南阳理工学院Nanyang Institute of Technology4基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计[摘要]针对改变传统以单片机为处理器的四旋翼自主控制飞行器控制方式的问题设计了一种基于嵌入式ARM的飞行控制系统的设计和实现方案。
这是一种基于ARM的低成本、高性能的嵌入式微小无人机飞行控制系统的整体方案。
详细介绍了控制系统的总体构成以及硬软件设计方案包括传感器模块、视屏采集模块、系统核心控制功能模块、无线通信模块、地面控制和数据处理模块。
实验结果表明该设计结合嵌入式实时操作系统保证了系统的高可靠性和高实时性能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求。
[关键词]ARM四旋翼自主飞行器控制系统。
Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors Abstract In order to change the conventional control of four—rotor unmanned aerial vehicles using microcontroller as the processor a solution of flightcontrol system based on embedded ARM was presented which is low-cost,small volume, low power consumption and high performance. The purpose ofthe work is for attending the National Aerial Robotics Competition. The mainfunction of the system the hardware structure and the software design werediscussed in detail including the sensor module the motor module the wirelesscommunication module With embedded real time operating system to ensurethe system’s high reliability and real-time performance the experiments resultsshow that the requirements of flight mode are satisfied including taking ofhovering and landing and so onKey words ARM four-rotor unmanned aerial vehicles control system5 of the control signals 1 四旋翼飞行器的简介 1.1题目综述微型飞行器MicroAir Vehicle/MAV的概念最早是在上世纪九十年代由美国国防部远景研究局DARPA提出的。
小型四旋翼无人机飞行控制系统设计与实现李杰;齐晓慧;韩帅涛;刘星海【摘要】为进一步深入研究和开发小型四旋翼无人机搭建飞行控制实验系统,从硬件设计、软件开发和系统调试与飞行试验3个方面对搭建的小型四旋翼无人机飞行控制系统进行较为详细地阐述.飞行试验表明:所设计的飞行控制系统初步实现了对机体姿态的有效控制,为进一步研究自主飞行奠定了基础.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2014(040)002【总页数】4页(P90-93)【关键词】小型四旋翼无人机;飞行控制系统;硬件设计;软件设计;系统调试;飞行试验【作者】李杰;齐晓慧;韩帅涛;刘星海【作者单位】军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】V279;V249;V217;TP2730 引言随着嵌入式处理器、传感器、导航、通信、动力与能源供给以及控制理论等技术的发展,具有广阔军事和民用前景的小型四旋翼无人机的研究与开发已经取得了很大的进展并逐步得到广泛应用[1-5]。
搭建飞行控制实验系统对深入研究与开发小型四旋翼无人机有很重要的现实意义。
通过这个平台可以展开控制算法、控制系统和导航等方面的研究,为实现小型四旋翼无人机在复杂环境中的自主飞行、编队飞行以及应用打下基础。
本文从硬件设计、软件开发、系统调试与飞行试验3个方面对搭建的飞行控制系统进行较为详细的阐述,并在系统调试的基础上进行有关飞行试验。
1 硬件设计与实现1.1 飞行控制系统硬件总体设计整个飞行控制系统硬件构成包括中心控制模块、传感器模块、四电机控制模块、遥控接收机/导航控制模块、无线通信模块和电压转换模块等部分[6]。
(1)中心控制模块即飞行控制系统的的核心处理器,是系统的核心控制部分。
负责采集传感器(包括九轴姿态传感器和高度传感器)信息并实时解算出机体姿态角和高度;根据遥控接收机信息或者导航信息,结合实时解算的机体姿态角和高度,控制电机转速;通过无线通信模块与地面站进行数据双向传输,包括上传控制指令或修改参数和下传飞行状态数据。
微型四旋翼无人机控制系统设计与实现微型四旋翼无人机控制系统设计与实现一、引言随着无人机技术的快速发展,微型四旋翼无人机因其体积小、机动性强、操作简单等特点而备受关注。
本文将介绍微型四旋翼无人机的控制系统设计与实现,包括硬件结构设计、飞行控制算法、遥控器与无人机的通信以及飞行状态监测等方面的内容。
二、硬件设计微型四旋翼无人机的硬件结构由四个电机和相应的螺旋桨组成,同时还包括飞控、电池、传感器和通信模块等。
电机通过螺旋桨产生推力,控制无人机的飞行方向和姿态。
飞控是无人机的大脑,通过接受传感器数据并进行计算,控制电机输出相应的信号以实现飞行任务。
虽然整个系统设计较为复杂,但由于无人机体积小,所以硬件结构相对较简单。
三、飞行控制算法微型四旋翼无人机的飞行控制算法通常包括姿态控制和高度控制两部分。
姿态控制通过测量无人机的姿态角度,并计算出所需的姿态角度偏差,然后通过PID控制器调整电机的转速,从而实现姿态的稳定控制。
在姿态控制的基础上,高度控制通过测量无人机的高度,并计算出所需的高度偏差,然后通过PID控制器控制推力大小来调整飞行高度。
四、遥控器与无人机的通信遥控器是无人机和操作员之间的重要媒介,通过遥控器操作,操作员可以实现对无人机的遥控飞行。
遥控器通过无线通信方式与无人机进行数据的传输,包括指令的发送和无人机状态的接收。
在通信方面,常用的方式有无线电通信和蓝牙通信,通过指令的传输和接收,操作员可以实时了解无人机的状态,从而对无人机进行精确的操作和控制。
五、飞行状态监测飞行状态监测是无人机飞行过程中的重要环节,通过监测无人机的各项指标来实时反馈无人机的飞行状态。
常见的监测指标包括无人机的姿态角度、高度、速度、电池电量等,这些指标可以通过传感器的测量得到。
操作员通过监测无人机的飞行状态,可以及时调整飞行控制算法参数,以确保无人机的顺利飞行。
六、结论通过本文的介绍,我们对微型四旋翼无人机的控制系统设计与实现有了初步的了解。
飞行控制系统的鲁棒性设计在现代航空领域,飞行控制系统的鲁棒性设计至关重要。
鲁棒性,简单来说,就是系统在面对各种不确定性和干扰时,仍能保持稳定运行和良好性能的能力。
对于飞行控制系统而言,这意味着即使遭遇恶劣的天气条件、突发的机械故障或其他意外情况,飞机仍能在可控范围内安全飞行。
为了更好地理解飞行控制系统鲁棒性设计的重要性,我们先来看看飞行中可能出现的各种不确定性和干扰。
首先,大气环境的变化是一个重要因素。
风速、风向的突然改变,气压的波动,以及温度和湿度的差异,都会对飞机的飞行状态产生影响。
其次,飞机自身的结构和部件可能存在老化、磨损或制造缺陷,这会导致性能的不稳定。
再者,飞行过程中的人为操作失误,如错误的指令输入或未能及时应对突发状况,也是潜在的风险来源。
那么,如何进行飞行控制系统的鲁棒性设计呢?这需要从多个方面入手。
首先,在系统建模阶段,要充分考虑各种不确定性因素。
传统的建模方法可能会过于简化实际情况,忽略一些潜在的干扰。
因此,需要采用更精确、更全面的建模技术,将飞机的动力学特性、空气动力学特性以及各种外部干扰因素都纳入模型中。
这样建立的模型能够更真实地反映飞机在实际飞行中的行为。
传感器的选择和配置也是关键的一环。
高质量、高精度的传感器能够提供更准确的飞行状态信息,帮助控制系统做出更精确的决策。
同时,为了应对传感器可能出现的故障或误差,还需要采用冗余设计,即配备多个相同或不同类型的传感器,通过数据融合和比较来提高系统的可靠性。
控制算法的设计是飞行控制系统鲁棒性的核心。
常见的控制算法包括 PID 控制、自适应控制、鲁棒控制等。
PID 控制算法简单易懂,但在面对复杂的不确定性时,可能表现不佳。
自适应控制算法能够根据系统的变化自动调整控制参数,具有较好的适应性,但计算复杂度较高。
鲁棒控制算法则专门针对不确定性和干扰进行设计,能够保证系统在一定范围内的稳定性和性能,但设计难度较大。
在实际设计中,往往需要综合运用多种控制算法,取长补短。
飞控系统是无人机的核心控制装置,相当于无人机的大脑,是否装有飞控系统也是无人机区别于普通航空模型的重要标志。
在经历了早期的遥控飞行后,目前其导航控制方式已经发展为自主飞行和智能飞行。
导航方式的改变对飞行控制计算机的精度提出了更高的要求;随着小型无人机执行任务复杂程度的增加,对飞控计算机运算速度的要求也更高;而小型化的要求对飞控计算机的功耗和体积也提出了很高的要求。
高精度不仅要求计算机的控制精度高,而且要求能够运行复杂的控制算法,小型化则要求无人机的体积小,机动性好,进而要求控制计算机的体积越小越好。
在众多处理器芯片中,最适合小型飞控计算机CPU的芯片当属TI公司的TMS320LF2407,其运算速度以及众多的外围接口电路很适合用来完成对小型无人机的实时控制功能。
它采用哈佛结构、多级流水线操作,对数据和指令同时进行读取,片内自带资源包括16路10位A /D转换器且带自动排序功能,保证最多16路有转换在同一转换期间进行,而不会增加CPU 的开销;40路可单独编程或复用的通用输入/输出通道;5个外部中断;集成的串行通信接口(SCI),可使其具备与系统内其他控制器进行异步(RS 485)通信的能力;16位同步串行外围接口(SPI)能方便地用来与其他的外围设备通信;还提供看门狗定时器模块(WDT)和CAN通信模块。
飞控系统组成模块飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据,经计算处理,输出控制指令给执行机构,实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控制;同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任务设备的工作状态参数实时传送给机载无线电数据终端,经无线电下行信道发送回地面测控站。
按照功能划分,该飞控系统的硬件包括:主控制模块、信号调理及接口模块、数据采集模块以及舵机驱动模块等。
模块功能各个功能模块组合在一起,构成飞行控制系统的核心,而主控制模块是飞控系统核心,它与信号调理模块、接口模块和舵机驱动模块相组合,在只需要修改软件和简单改动外围电路的基础上可以满足一系列小型无人机的飞行控制和飞行管理功能要求,从而实现一次开发,多型号使用,降低系统开发成本的目的。
飞行器设计中的系统集成技术在当今航空航天领域,飞行器设计的复杂度不断提升,对性能、可靠性、安全性等方面的要求也日益严苛。
而系统集成技术在其中扮演着至关重要的角色,它犹如一条无形的纽带,将飞行器的各个子系统紧密地连接在一起,使其协同工作,实现整体性能的最优化。
系统集成技术并非是单一的某项技术,而是一个涵盖了众多学科和工程领域的综合性概念。
它包括了硬件与软件的集成、机械与电子的集成、系统与系统的集成等多个层面。
在飞行器设计中,从最初的概念构思到详细设计,再到最后的制造和测试,系统集成技术贯穿始终。
首先,让我们来了解一下飞行器设计中硬件与软件的集成。
在现代飞行器中,硬件设备如发动机、机翼、起落架等,与控制这些硬件运行的软件系统密切相关。
例如,飞行控制系统中的软件需要实时采集传感器的数据,如高度、速度、姿态等,并根据预设的算法和逻辑,向执行机构发送控制指令,以调整飞行器的姿态和飞行轨迹。
这就要求硬件和软件之间具备高度的兼容性和协同性。
如果硬件性能不足,软件算法再先进也无法发挥作用;反之,如果软件存在漏洞或与硬件不匹配,就可能导致飞行器失控等严重后果。
因此,在设计过程中,需要对硬件和软件进行充分的测试和验证,确保它们能够稳定、高效地协同工作。
机械与电子的集成也是飞行器设计中的一个关键环节。
随着电子技术的飞速发展,飞行器上的电子设备越来越多,如雷达、通信设备、导航系统等。
这些电子设备需要与机械结构进行有机结合,既要满足功能需求,又要考虑到重量、空间、散热等因素。
例如,在安装雷达天线时,需要考虑天线的尺寸、形状和安装位置,以确保其能够在不影响飞行器气动性能的前提下,实现良好的探测效果。
同时,还需要为电子设备提供可靠的电源供应和信号传输通道,保证其正常运行。
此外,机械部件在运行过程中产生的振动和噪声也可能对电子设备造成干扰,因此需要采取相应的减震和屏蔽措施,提高电子设备的抗干扰能力。
系统与系统的集成则是一个更为宏观的层面。
基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计基于Arduino兼容的STM32单片机的四旋翼飞行器设计一、引言随着无人机技术的发展和应用,四旋翼飞行器成为了热门的研究领域。
它具有飞行稳定性高、机动性好、适应性强等优势,被广泛应用于农业植保、航拍摄影、物流配送等领域。
本文基于Arduino兼容的STM32单片机设计四旋翼飞行器,主要包括硬件设计和软件编程的内容。
二、硬件设计1. 硬件选型本设计采用STM32F103C8T6单片机作为处理器,其具有性能稳定可靠、易于操作等特点,同时兼容Arduino,可以借助开发环境进行编程;四个无刷直流电机作为动力源,通过控制电调来实现转速的控制;姿态传感器采用MPU6050六轴传感器,用来检测飞行器的倾斜角度;无线通信模块采用nRF24L01,用于与遥控器进行通信。
2. 电路设计整个飞行器系统的电路由电源管理电路、控制电路、传感器电路和通信电路四部分组成。
(1)电源管理电路:使用锂电池作为电源,通过电源管理芯片实现电池的充电和保护管理,确保系统电源的稳定性。
(2)控制电路:STM32单片机作为核心控制器,连接电机驱动电路、姿态传感器以及通信模块。
通过Arduino提供的开发环境,编写控制算法,实现电机的转速控制,以及飞行器的姿态控制。
(3)传感器电路:连接MPU6050六轴传感器,用于检测飞行器的姿态,包括加速度和角速度等数据。
通过与STM32单片机的通信,采集传感器数据并进行处理,实现飞行器的稳定控制。
(4)通信电路:通过nRF24L01无线通信模块与遥控器进行通信,实现遥控器对飞行器的控制。
三、软件编程1. 飞行控制算法飞行器的稳定控制是整个系统的核心。
在设计中,通过PID控制算法来实现飞行器的稳定飞行。
PID控制算法基于偏差(error)进行计算,包括比例环节、积分环节和微分环节。
其中,比例环节用来衡量偏差的大小,积分环节用来补偿系统漏差,微分环节用来预测偏差的变化趋势。
飞控,最全⾯的⽆⼈机飞控讲解,带你了解导航飞控系统的功能导航飞控系统定义:导航飞控系统是⽆⼈机的关键核⼼系统之⼀。
它在部分情况下,按具体功能⼜可划分为导航⼦系统和飞控⼦系统两部分。
导航⼦系统的功能是向⽆⼈机提供相对于所选定的参考坐标系的位置、速度、飞⾏姿态、引导⽆⼈机沿指定航线安全、准时、准确地飞⾏。
完善的⽆⼈机导航⼦系统具有以下功能:(1)获得必要的导航要素,包括⾼度、速度、姿态、航向;(2)给出满⾜精度要求的定位信息,包括经度、纬度;(3)引导飞机按规定计划飞⾏;(4)接收预定任务航线计划的装定,并对任务航线的执⾏进⾏动态管理;(5)接收控制站的导航模式控制指令并执⾏,具有指令导航模式与预定航线飞⾏模式相互切换的功能;(6)具有接收并融合⽆⼈机其他设备的辅助导航定位信息的能⼒;(7)配合其他系统完成各种任务飞控⼦系统是⽆⼈机完成起飞、空中飞⾏、执⾏任务、返⼚回收等整个飞⾏过程的核⼼系统,对⽆⼈机实现全权控制与管理,因此飞控⼦系统之于⽆⼈机相当于驾驶员之于有⼈机,是⽆⼈机执⾏任务的关键。
飞控⼦系统主要具有如下功能:(1)⽆⼈机姿态稳定与控制;(2)与导航⼦系统协调完成航迹控制;(3)⽆⼈机起飞(发射)与着陆(回收)控制;(4)⽆⼈机飞⾏管理;(5)⽆⼈机任务设备管理与控制;(6)应急控制;(7)信息收集与传递。
以上所列的功能中第1、4和6项是所有⽆⼈机飞⾏控制系统所必须具备的功能,⽽其他项则不是每⼀种飞⾏控制系统都具备的,也不是每⼀种⽆⼈机都需要的,根据具体⽆⼈机的种类和型号可进⾏选择、裁剪和组合。
传感器⽆⼈机导航飞控系统常⽤的传感器包括⾓速度率传感器、姿态传感器、位置传感器、迎⾓侧滑传感器、加速度传感器、⾼度传感器及空速传感器等,这些传感器构成⽆⼈机导航飞控系统设计的基础。
1.⾓速度传感器⾓速度传感器是飞⾏控制系统的基本传感器之⼀,⽤于感受⽆⼈机绕机体轴的转动⾓速率,以构成⾓速度反馈,改善系统的阻尼特性、提⾼稳定性。
无人机智能控制系统设计与实现随着科技的不断发展,无人机已经成为了各个领域不可或缺的工具。
从军事侦察到商品配送,从农田测绘到环境监测,无人机在各个领域都有广泛的应用。
为了使无人机更加智能化和高效化,无人机智能控制系统的设计与实现变得至关重要。
一、无人机智能控制系统的设计1. 硬件设计:无人机智能控制系统的硬件设计首先涉及到无人机的主控制器,负责整个系统的协调和控制,以及传感器模块、电机和电池等组成的机载系统。
主控制器的选择要考虑其性能和稳定性,能够实现高精度的控制和响应。
传感器模块包括陀螺仪、加速度计、气压计等,用于感知飞行器的姿态、高度和速度等信息。
电机和电池要具备足够的功率和稳定性,以满足无人机飞行的需求。
2. 软件设计:无人机智能控制系统的软件设计是实现无人机智能化的关键。
首先,需要设计飞行控制算法,包括姿态控制、姿态估计、导航和路径规划等功能。
姿态控制算法负责控制飞行器的姿态,使其能够稳定飞行。
姿态估计算法则用于估计无人机的当前姿态,为姿态控制算法提供准确的反馈信号。
导航算法和路径规划算法用于确定无人机的飞行路径,并实现自主导航能力。
3. 通信设计:无人机智能控制系统与地面控制站之间需要进行实时的双向通信。
通信设计包括无线通信模块的选择和设计,以及协议的设计和实现。
通信模块要能够支持长距离、稳定的无线通信,并具备抗干扰能力。
通信协议要保证数据的可靠传输和实时性,以便地面控制站可以及时接收无人机的状态信息并下达指令。
二、无人机智能控制系统的实现1. 硬件实现:无人机智能控制系统的硬件实现需要将设计的硬件电路和模块进行组装和连接。
首先,将主控制器、传感器模块、电机和电池等组装在一个无人机机身上,确保各个模块之间的连接正确可靠。
然后,对机身进行调试和测试,验证硬件系统的正常工作。
2. 软件实现:无人机智能控制系统的软件实现涉及到飞行控制算法、通信协议和地面控制站软件的开发。
飞行控制算法的实现需要在主控制器上编写相应的代码,并进行系统级和单元级的测试和调试。
飞行程序设计(一)引言概述:飞行程序设计是指在飞行器中为其自动控制和导航设计计算机程序的过程。
飞行程序设计的目标是确保飞行安全和飞行效率。
本文将从以下五个大点展开论述飞行程序设计的相关内容。
正文:1. 飞行控制系统设计1.1 定义飞行器的控制目标和需求1.2 确定飞行器的动力系统和操纵系统1.3 设计飞行器的控制系统框架1.4 开发并优化飞行控制算法1.5 验证飞行控制系统的性能和稳定性2. 飞行导航系统设计2.1 选择合适的导航传感器2.2 建立飞行器的航位推算模型2.3 设计导航算法,包括位置估计、轨迹规划等2.4 开发导航系统的软件和硬件实现2.5 验证导航系统的准确性和鲁棒性3. 飞行传感器和数据采集3.1 选择适合飞行控制和导航的传感器3.2 建立传感器的数据采集和处理系统3.3 开发传感器数据校准和滤波算法3.4 实时采集并处理传感器数据3.5 确保传感器数据的准确性和可靠性4. 飞行程序的人机界面设计4.1 定义飞行程序的用户需求4.2 设计飞行程序的界面布局和交互方式4.3 开发用户界面的图形和显示系统4.4 实现用户输入和输出的接口4.5 测试并优化用户界面的易用性和友好性5. 飞行程序的错误处理和容错设计5.1 分析可能出现的故障和错误情况5.2 设计飞行程序的错误检测和纠正机制5.3 开发故障检测和容错处理的算法5.4 实时监测飞行程序的运行状态5.5 在必要时采取应急措施保证飞行安全总结:飞行程序设计是在飞行控制和导航系统中至关重要的环节。
通过设计一套完整可靠的飞行控制程序,可以确保飞行器的安全性和飞行效率。
从飞行控制系统设计、飞行导航系统设计、飞行传感器和数据采集、飞行程序的人机界面设计以及飞行程序的错误处理和容错设计等五个大点来看,每个环节都需要仔细思考和精心设计,以实现飞行器的稳定飞行和高效导航。
1 飞行控制系统的硬件设计
本文设计的飞行控制系统在硬件方面主要分为控制器、传感器、电源、执行机构和遥控接收
等模块,
1.2 传感器
1.2.1 陀螺仪
陀螺仪能够对检测指示器中的数据加以显示,是自动控制系统当中的一个非常重要的组成。
应用的陀螺仪是MPU6050三轴形式的陀螺仪,具有16位的模拟、数字转换器,使输出模
拟量实现向可输出数字量的转化。
1.2.2 加速度传感器
在多旋翼的飞行控制系统当中,加速传感器应该说是一个非常重要的元器件。这不仅是由于
加速度传感器具有动态载体的特性校正功能,并且它能够针对加速度实施积分,继而得出载
体速度以及位置之类的基本信息。我们所选取的ADI公司研发的ADXL345传感器,同时兼
具SPI以及I2C的数字输出功能,其分辨率较高,同时体积也比较小。
1.2.3 GPS模块
当无人机在天空飞行的时候定位系统是十分重要的,需要对无人机所呈现的姿态加以实时的
测量,可以说在无人机系统当中,GPS模块占据着一定的主导地位。我们选取了U-BLOX公
司所研发和生产的CJMCU-6M当作GPS的接收机,该传感器具有接口较为方便,而且定位
的速度也比较快,不用长时间等待的特征。其利用串口输出的形式RS-232数据传输,继而
结合协议而解算无人机所处的坐标、高度和时间之类的信息。
1.3 电源
电源模块主要的功能是为飞控系统当中的其他模块供给电量,从而确保飞行顺利。电源模块
当中主要包含一个电源接口,以及一个稳压器,稳压器所具备的功能是对电压加以转换,避
免因为高电压而导致电路板和一些其他元器件的损坏。本文中选择系统稳压器的标准为5V
输入,主控板的供电输出是3.3V,而最大的输出电流是500mA。
1.4 执行机构驱动
多旋翼无人机的飞行系统想要达成自主悬停功能,这就需要飞行器必须要在飞行不稳的情况
之下能够迅速地改变成为平稳的状态,也就是在这种情况之下,执行机构要在非常短的时间
之内做出相应的反应,让无人机所呈现的速度能够高速地提升或降低。本文所设计的系统当
中采用直流无刷电机当作执行机构,继而配合无刷电调来应用,这个电机具备周期较长,而
且效率较高等特征。电机是一种十分关键的执行机构,是对飞行器的姿态加以控制的动力。
而我们所选择的直流无刷电机是想让四旋翼形式的飞行器形成多种飞行的姿态,工作的主要
原理为对空气动力学的利用,从而使旋翼形成多种转速,继而达到想要的效果,完成各种飞
行姿态。直流无刷的电机所接收到的控制信号是PWM波所发出的。而结合DSP所发出的具
有不同占空比的信号,电机就能够做出相应的改变,继而形成各种转速,让无人机能够在空
中显现出各种飞行的姿态。
1.5 遥控接收
我们所选择的接收机是我国天地飞公司所产出的WFLY型七通道的接收机,对遥控器发射的
信号加以接收,在无人机的操作人员实施操控的过程当中,遥控器将会利用内部解算编码之
类的过程把信号转变成为可以接收并识别的PPM信号,而接收机在对PPM信号加以识别之
后,再利用译码电路把它转化成PWM信号,最后再传输给信号转换的模块。而信号转换的
模块是把五个通道的信号转化成四路高速电子的调速器接收PWM信号。信号转换模块所对
应的输出跟电子调速器之间是相互连接的,它所输出的也是PWM信号。而电子调速器是跟
四个电机加以直接连接的,对电机所呈现的供电电压加以控制,继而实现对电机转速的控制,
让无人机能够形成各种各样的飞行姿态。
2 飞行控制系统的软件设计
2.1 软件流程总体图
本文所设计的多旋翼无人机软件流程,其串口的初始化在系统的初始化当中实现。一样在系
统的初始化当中完成的还有I/O口、系统时钟以及系统参数的初始化。针对多旋翼无人机所
具备的通讯状态和飞行姿态做出的检测主要是利用自动检测的方式。多旋翼无人机在对各种
命令加以执行的进程也就是我们常说的对姿态的控制,其所包含的内容有:俯仰、偏航以及
翻转。要是无人机可以实现此项检测,系统将会跳转到等待指令状态之中,而要是没有收到
命令,其中的软件部分就将会对相关的命令加以计算,继而为下一步命令的执行做良好的准
备。
2.2 以Lab VIEW为基础的姿态测量软件设计
四旋翼无人机的软件设计思想在于结构以及算法,所选择的编程软件Lab VIEW当作最为重
要的编程语言。而在软件总体设计方面,则要实施一次串口的初始化,继而将采集的数据加
以循环,在这当中包含针对数据实施的读取、判断以及转换等,最终结合数据对姿态加以显
示。
3 实验结果以及分析
结合Lab VIEW程序所呈现的流程图,能够实现四旋翼无人机所呈现姿态数据的采集,进而
对将虚拟仪器无人机姿态的测量系统加以构建。笔者让一架无人机呈现出下仰12.3°,继而
俯仰-7.5°,左偏139.18°姿态,把它固定在转台之上,继而每相隔5°记录一组3个姿态
角输出。转台转动一周之后,得出转台转角跟不同姿态角之间所呈现的关系曲线。所以,本
文设计的飞行器大体可以实现预期的效果,较为符合飞行器姿态的测量设想。
4 结语
本文从硬件原理和软件原理的各方面对多旋翼无人机的飞控系统构建过程进行了较为详尽
的介绍,通过文章中的讨论可以得出结论,我们设计的飞行控制系统实现了对无人机飞行姿
态的有效控制,继而为今后的研究奠定了基础。