四旋翼无人机路径跟踪控制系统软硬件设计与实验研究

目前传统四旋翼在空中经常受到人为或环境中不确定因素干扰,如果地面控制站不能更直观地显示无人机的实时姿态、位置,飞行中四旋翼无人机容易偏离跟踪的既定路线,无法躲避障碍物,甚至出现姿态不稳导致的无人机损坏.针对此情况,设计开发了一种基于STM32F103RCT6嵌入式微处理器的四旋翼无人机路径跟踪控制系统.详细阐述了该集成控制系统的硬件总体框架、各模块电路设计、软件程序工作流程,利用Matlab2019b仿真软件进行四旋翼无人机的路径跟踪算法仿真实验以确保系统的稳定性和可行性,并以四旋翼样机为实验对象进行了实物测控实验.实验结果表明,所设计的控制系统可以实现自主飞行和轨迹跟踪的期望目标,地面控制站显示界面中可以实时显示四旋翼无人机的实时跟踪路径、姿态角、航速和高度等传感器信息,系统具有一定的实用性.     

系留多旋翼无人机技术进展及设计方法研究

系留多旋翼无人机是将多旋翼无人机和系留综合缆绳组合起来的一种新型无人机,其能源供应直接来源于地面电源。作为无人机的一个新兴门类,系留多旋翼无人机有望推动多旋翼无人机在行业应用中取得革命性进展。首先详细介绍了系留多旋翼无人机的发展现状和技术进展,并对系留多旋翼无人机的性能特点和应用领域进行了总结;然后结合辽宁通用航空研究院自主设计研发的一款多用途系留四旋翼无人机平台,系统地介绍了系留多旋翼无人机的设计方法与步骤;最后通过一系列测试实验,对系留多旋翼无人机的实用性能进行了验证与评估。     

基于单目视觉的无人机自主跟踪降落研究

无人机对地面运动物体的跟踪研究一直是无人机自主控制领域重要的研究方向。以四旋翼无人机为平台,设计了无人机对地面目标的自主降落跟踪系统。在无人机上搭载单目相机获取地面移动机器人的图像信息,同时搭载的计算机实时计算获取地面移动机器人的运动状态数据,然后反馈给无人机运动控制系统,完成对地面移动机器人的跟踪。实验表明,该系统可以进行稳定的地面运动物体跟踪。     

气象要素对多旋翼无人机飞行的影响

随着多旋翼无人机的广泛使用,多旋翼无人机飞行安全的气象保障工作越来越被重视,本文以影响多旋翼无人机飞行的气象要素为研究对象,分析不同气象条件特别是灾害性气象条件对多旋翼无人机所产生的影响,期望能为多旋翼无人机气象保障工作提供参考。     

四旋翼无人机机身静力学分析

四旋翼无人机优点众多,应用广泛,极具研究价值,为研究四旋翼无人机机身受力情况,采用有限元分析方法进行分析。首先建立四旋翼无人机三维物理模型,然后利用Ansys Workbench研究四旋翼无人机在无风工况、平均风工况、极限工况下悬停时机身结构的强度和刚度响应,得到了相应的变形云图和应力云图,极限工况下机身受到的最大等效应力为16.165 MPa,最大变形为2.209 mm。计算结果表明,机身结构的静强度和刚度满足设计使用要求。     

旋翼间距对微型四旋翼无人机负载特性影响

结合雷诺平均N-S(Navier-stokes)方程以及Laminar层流模型建立了微型四旋翼无人机旋翼流场的三维模型,通过求解N-S方程的方法,研究了微型四旋翼悬停状态下不同旋翼间距对其气动特性的影响。旋翼升力测量实验以及非定常计算得到的仿真误差为8.17%,验证了仿真数据的有效性。分别对升力、力矩以及悬停效率进行分析,得到了旋翼间距3.8 r是最佳的微型四旋翼间距方案的结论;进一步对单旋翼以及不同旋翼间距的流场进行分析得出旋翼之间的气动扰动可以改变翼尖涡的强度,从而产生不同的气动特性。     

浅谈无人机在海底电缆运维中的应用

对比了多旋翼无人机和固定翼无人机的优缺点,并对不同类型的无人机技术在海底电缆运维的海缆路由巡视、海缆保护区应急处置、海缆施工监督和安全保障及海缆保护区溢油污染处置等方面的应用情况进行了分析。     

四旋翼无人机设计要点探究

通过对飞行控制算法、感知技术、能源管理等关键要素进行研究和创新,可以有效解决四旋翼无人机在实际应用中面临的问题,推动无人机技术的发展和应用。在此背景下,探究四旋翼无人机设计的关键要点,以期为其性能优化提供有益的指导和建议。     

小型陆空两栖无人机的结构设计与试验

本文提出了一种小型陆空两栖无人机的结构,主体主要包括一种伸缩式四旋翼结构与四轮式行走机构,四旋翼部分创造性的提出了一种可伸展式结构,其能在飞行模式时展开旋翼飞行,在陆地行驶时,四旋翼收合进行避障;四轮式行走机构设计了一种等腰梯形双摇杆转向机构,车轮与地面进行滚动摩擦,降低了车轮的磨损,节省了功耗;对叶片及连翼杆进行了有限元分析校核,制作了样机,对样机进行了陆地行走试验和室外飞行试验,试验中,该机能够通过遥控指挥顺利完成陆地行走转弯、前进后退运行、室外飞行平稳起降,空中悬停、飞行转弯等基础功能动作。试验结果表明,该小型陆空无人机基本达到了设计要求。     

气动参数补偿状态观测器在无人机控制技术中的应用

四旋翼无人机在农林植保工作中，由于气候异常、天气变化等原因，经常会受到风向变化、气流扰动等诸多因素的干扰，直接影响四旋翼无人机飞行的安全性和稳定性。针对这一问题，本文研究了一种气动参数补偿状态观测器用于克服四旋翼无人机在野外农林植保工作中可能遇到的未知干扰，保证无人机飞行的可靠性和植保工作的顺利完成。仿真通过对比经典PID控制技术，比较得出本文所提出的控制技术能够有效提高无人机在野外工作环境下的准确控制，最大限度地降低户外不可控干扰对植保工作的影响。     

复杂环境下无人机结构设计与姿态分析

复杂环境下,多旋翼无人机整体结构、姿态控制算法对其稳定飞行性能具有重要影响。文中首先从静力学分析及结构模态分析方面进行无人机整体结构的设计研究;然后利用陀螺仪、加速度计、磁力计传感器结合PID控制、多种滤波算法共同实现无人机飞行姿态的控制;最后搭建无人机试验平台进行复杂环境下多旋翼无人机悬停试验。经试验研究表明,研发的多旋翼无人机整机运行稳定,飞行误差为±2°,基本符合预期试验要求。     

静态无人机电机旋翼噪声分析及试验

多旋翼无人机以其操作便捷、具有趣味性,在很多领域得到了广泛应用,而更多的应用场景对于噪声的限制要求也越来越高。利用无人机静态测试的方法,测试微小型旋翼无人机旋翼电机组件在静态模式下20%转速、60%转速以及最大功率的转速状态下的旋翼电机的A计权声压级,计算出等效连续声级,并利用快速傅立叶分析多电机和电机旋翼组件对于噪声的影响。测试表明,电机旋翼组件在中低转速下噪声级受转速影响较小;而中高转速下,随着转速增加噪声等级增加较为明显。根据不同旋翼无人机的工作特性和起飞重量,合适配置电机旋翼组件可以降低噪声水平。     

浅析多旋翼无人机巡检在云南电网500kV输电线路中的应用

鉴于电力线路巡检的重要性,介绍了云南电网公司多旋翼无人机及多旋翼无人机巡检的分类情况,分析了多旋翼无人机系统及装备在云南电网500 k V输电线路巡检中的应用优势,确保了高压输电线路的安全稳定运行。     

一种多旋翼无人机及相机位姿控制平台设计

针对多旋翼无人机系统在航拍中的应用,设计了一种控制相机位姿的地面平台系统。系统的控制原理是基于航点文件,通过控制无人机经度、纬度、高度、偏航和相机俯仰、横滚,实现了对航拍时相机的6个自由度的控制。开发地面平台系统包含位姿控制软件和地面站平台。位姿控制平台加载航点文件并通过地面站平台将航点指令发送给飞行控制器,然后通过飞行控制器引导无人机飞行和相机角度的变化,解决了航拍中相机位姿自动控制和拍摄任务监控的问题。     

基于微型多旋翼无人机的气象及环境监测系统设计

文章针对我国综合气象观测业务应对重大灾害应急、大型活动气象服务、重污染等灾害性天气监测等方面的应用需求,解决近地面低空探测手段缺乏、灵活性差、成本高等问题。根据微型多旋翼无人机的特点,提出了以多旋翼无人机为载体,搭载微型气象和环境探测设备,开展定点、定时的低空气象和环境监测。文章主要从微型气象及环境探测子系统研发、基于"云"服务的数据传输及应用子系统设计,以及基于小型无人机气象观测业务规范制定等方面,详细阐述了系统的整体设计方案。     

多旋翼无人机标准化机体设计方法研究

多旋翼无人机具有结构简单、可维护性强、无人员伤亡的优点,可广泛应用于航拍摄影、环境检测等领域,具有巨大的产业化前景。但多数科研机构大都注重飞行控制理论方面的研究,缺乏对机体设计的探讨,而这正是实现多旋翼无人机产业化的基础。从一个具体的设计实例出发,提出小型多旋翼无人机的标准化机体设计方法。然后通过对飞行控制系统的设计,实现多旋翼无人机的稳定飞行。飞行实验结果表明,设计的多旋翼无人机具有良好的稳定性能,从而验证机体设计和飞行控制方法的可行性。     

基于Pixhawk的无人机室内通道自主避障研究

针对目前的无人机自主避障研究,以及无人机穿越的需求,提出了一套能完成避障穿越的四旋翼无人机避障系统。其中采用了Pixhawk作为无人机的飞行控制器,树莓派3B+上来运行MAVROS和避障算法,以及连接超声波传感器,通过超声波传感器来判断无人机当前位置,通过MAVLINK发布安全航点给无人机,进行避障穿越飞行。     

四旋翼无人机改进模糊PID姿态控制

四旋翼无人机(UAV)是一种强耦合、欠驱动的系统,飞行过程中易受到系统不确定性和外界干扰影响稳定性,所以提出了一种改进的模糊PID控制方法。首先对四旋翼无人机进行数学建模,设计了改进模糊PID控制方法,该方法主要由三个部分组成,模糊PID,单PID以及计算在控制输出过程中两者的权值比的模糊控制器。最后通过Matlab/Simulink仿真以及在基于STM32F405控制器的四旋翼无人机(UAV)实验平台上验证。实验结果表明,在风速为3m/s条件下,UAV能够平稳起降,对于实时性的姿态以及运动状态做出智能的控制,具有良好的鲁棒性以及控制精度。     

基于重载四旋翼无人机结构设计

为实现油动重载四旋翼无人机结构的设计,文中对无人机传动系统结构进行模态分析和静力学分析,并依据分析的结果表明设计的整机机架结构满足使用要求,相对位移小且强度刚度均满足使用要求,且满足静态和动态结构设计的要求,同时研究结果为实现涌油动重载四旋翼无人机的整体设计提供了一个新的思路.     

四旋翼飞行器姿态角的自切换串级PID控制方法

四旋翼飞行器的姿态控制是无人机稳定飞行的关键技术之一。针对复杂多变作业条件下飞行器参数会经常发生变化的问题,在典型控制方法的基础上提出一种自适应的智能控制方法。首先,根据牛顿欧拉定律推导出无人机在地理坐标系下的动力学模型,并对其中参数进行测量计算;然后基于三角形隶属度函数建立模糊控制器,作为外环自主切换的两种控制方式之一,并设置平滑切换过程;最后结合外环对姿态角的控制方法以及内环对角速度快速调整的PD控制方法,实现了无人机串级PID控制方法。仿真和实验结果表明,该系统能够有效控制四旋翼飞行器的飞行姿态。相比较其它算法,其具有更好的鲁棒性和姿态调节的快速性。提升了无人机在飞行过程中抵抗环境扰动和系统动态响应的能力,为四旋翼飞行器控制研究提供了重要的理论与实践基础。