一种教学用四旋翼无人机系统的设计

设计了一种可用于教学的四旋翼无人机系统,重点介绍了系统框架结构、硬件电路和软件算法.所设计系统可作为无人机应用技术专业装调维修及飞控类课程硬件平台,也可为无人机算法验证提供硬件支撑.经实践验证,所设计四旋翼无人机结构简单、调试组装方便、运行稳定且成本较低,具有一定的推广价值.     

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。     

四旋翼植保无人机坠落与地面碰撞的模拟实验

四旋翼无人机广泛应用于农药喷洒、病虫害防治等方面。针对四旋翼无人机结构优化和安全飞行方面的问题,从动力学分析层面,模拟在不同高度下,无人机撞击地面对机体本身造成的损害,进而探究四旋翼无人机的安全飞行高度,通过对比不同高度下四旋翼无人机撞击地面的等效应力图示,得出实验结论。对四旋翼无人机设计开发有一定的参考价值。     

基于新型LQR的四旋翼无人机姿态控制

为四旋翼无人机的姿态稳定控制提出了新的LQR控制器,该控制器能够实现姿态的快速稳定控制并跟踪参考输入。首先,根据假设建立了四旋翼无人机的动力学模型,并在此基础上用泰勒级数展开进行线性化。然后利用线性模型设计了LQR控制器,并对控制器进行了改进。最后使用Matlab/Simulink进行试验仿真,验证了改进后的LQR控制对控制过程响应速度的提高。     

四旋翼无人机的编队飞行控制系统设计

为了解决单架无人机执行任务效率低,安全冗余差等问题设计了一种基于GPS的无人机编队飞行控制系统。无人机端主控芯片采用STM32F427搭载Nutt X嵌入式操作系统,保证了姿态解算、姿态控制、导航、通讯等复杂任务的实时有序执行。使用ZigBee通讯模块、MAVLink通信协议搭建无线通讯链路,并解决了多节点之间的通讯以及通讯冲撞问题,实现了无人机之间、无人机和地面站的稳定通讯。在地面站端对各架无人机位置的检测,并在此基础上使用编队算法实现多架无人机的三角形、直线等阵形的编队飞行。实验表明,该系统能有效的实现多无人机的编队飞行控制。     

四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统设计

四旋翼无人机是一种典型的欠驱动、非线性系统,这类系统要求控制参数能够跟随系统的非线性变化而自适应变化,结合模糊控制和PID控制的优点,提出一种改进型的串级模糊自适应PID控制系统,该系统由角度模糊自适应PID控制、角速度模糊自适应PID控制两部分组成。搭建该控制系统的数学模型,对角度、角速度控制的PID参数进行非线性化模糊整定,通过软件对比仿真角度单级PID控制、角度角速度串级PID控制和角度角速度串级模糊自适应PID控制三种控制策略,仿真结果表明串级模糊自适应PID控制系统的稳定性、快速性和准确性明显优于其余两种控制策略,通过实际飞行试验数据分析表明串级模糊自适应PID控制算法在四旋翼无人机控制系统上能够取得非常理想的控制效果。     

基于Simscape的四旋翼无人机建模与仿真

为了加速并简化四旋翼无人机的设计以及进行相关控制算法的实验仿真和验证,针对四旋翼飞行器的机械结构和飞行原理分析了其系统动力学模型,利用牛顿-欧拉方法推导得到机体非线性动力学方程。为了提高四轴飞行器的建模精度和系统完整性,联合计算机辅助设计(CAD)软件和Matlab/Simscape工具箱进行物理系统建模。利用CAD软件搭建的四旋翼三维实体模型导入到Simscape仿真平台构建四旋翼的机体以及动力系统模型,并在此基础上将Simulink设计的控制算法添加到仿真平台,方便进行实验验证和参数整定。仿真结果表明,所设计的飞行器能够较好地实现悬停和轨迹跟踪,满足系统的控制性能要求。     

基于改进扩展状态观测器的四旋翼无人机轨迹鲁棒跟踪控制

针对四旋翼无人机在轨迹跟踪过程中会受到内外部扰动、模型误差等不确定性因素的影响,本文提出了一种基于改进型扩展状态观测器的积分滑模控制方案。具体来讲,首先,将四旋翼无人机系统存在的模型误差以及内外部扰动等不确定性因素视作集总干扰,通过借鉴的改进扩展状态观测器对其进行观测;进而,在此基础上,进一步考虑四旋翼无人机系统控制的连续性,基于四旋翼无人机轨迹误差、速度误差、姿态角误差和姿态角速度误差设计积分滑模控制器,分析了系统的稳定性并分别进行了数值仿真和实机实验。结果表明,采用本文算法时,在数值仿真中,各状态跟踪误差不超过1%,跟踪精度最高;在实机实验中,位置跟踪误差总体上能控制在20%以下。因此,本文方法具备有效性和可行性。     

基于视觉的小型四旋翼无人机自主飞行控制

提出为实现小型四旋翼无人机自主飞行控制,设计一种基于视觉的飞行控制方法,并搭建嵌入式控制架构飞行试验平台。在控制过程中,光流信息与姿态角信息进行融合用于估计无人机水平位置信息,利用获取到的水平位置信息作为内外环结构的比例微分积分(Proportion integration differentiation,PID)控制器外环反馈信息。不同于传统的基于地面站的控制架构试验平台,该飞行系统中采用了一个嵌入式控制架构的试验平台。该平台依靠机载嵌入计算机进行光流计算、运动状态估计,并采用机载飞行控制器执行控制算法。这种嵌入式控制架构工程实现难度高,但更利于实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。试验结果表明,提出的设计方法取得了较好全自主飞行控制效果。     

视觉控制在位置跟踪系统中的设计

为减少人力岗位的操作成本和避免人力疲劳工作的误操作性,针对产品在流水线作业中对产品摆放位置或摆放方向的特定要求,采用视觉控制系统,结合运动机构,替代人力操作,从而提高了生产线自动化水平和生产效率。     

伺服跟踪系统的预见预测控制器设计

对机床、机器人等轨迹跟踪提出的高速、高精度的要求,而这类系统的跟踪路径大都是已知的,因此设计预见预测控制器,充分利用已知未来轨迹跟踪信息及未来已知干扰信息,提高系统动态响应,利用预测控制克服模型误差,提高鲁棒性。对所设计预见预测控制器进行了仿真,仿真分析表明,预见预测控制器能大幅度提高系统的跟踪精度。     

翼伞测控系统的设计与实验

为了能够有效地控制翼伞的飞行状态并获取翼伞飞行时的相关参数,设计一套翼伞空投测控系统,基于该系统进行了实地的空投实验.通过分析空投实验获取的有效数据,得到翼伞的实际飞行轨迹、左右操纵绳的下拉量、操纵绳的受力大小等结果.基于上述实验结果,计算出翼伞的盘旋半径以及实际飞行时的滑降比大小.     

基于DSP的焊缝自动跟踪控制系统设计

设计了一种基于DSP的用于球罐全位置多层焊自动跟踪的控制系统，对其工作原理、控制系统的硬件设计和软件程序设计等要点进行了阐述。该系统应用于球罐全位置多层自动焊接机器人中，实现了无导轨自动焊接全位置焊缝与多层多道焊接的自动跟踪。焊接工艺试验结果表明，焊接机器人自动跟踪精度高、焊缝质量好、工作稳定可靠。     

运动模拟器控制系统的设计和实验研究

主要介绍了运动模拟器控制系统设计时应考虑的问题，并且以飞行模拟器实验室样机的控制系统为例，介绍了液控运动模拟控制系统的具体实现过程和性能分析，对同类运动模拟器控制系统的设计具有积极的指导意义。     

基于DSP的太阳能双轴跟踪控制系统的设计

为了更充分、高效地利用太阳能的热量,设计了以TMS320F2812为控制核心的太阳能双轴跟踪控制系统。该系统采用视日运动轨迹和传感器校正混合跟踪方案。首先DSP根据相关的理论公式和参数计算出白天太阳的高度角和方位角,并将其转化成相应的脉冲来控制步进电机进行一级跟踪,然后光电传感器检测实际太阳的位置,输出偏差信号来驱动步进电机进行二级校正跟踪,从而获得最大的太阳能热量。理论分析表明,采用该跟踪技术可以有效地提高能量接收率。     

某型数控加工中心刀具库的PLC控制

介绍了某型数控加工中心刀具库的PLC控制设计,在分析控制要求的基础上,选用S7-200CPU224控制器和EM221（CN）扩展模块,并设计出相应控制程序。控制程序包含：纪录当前刀具号、请求刀具号、转盘转动方向判断并确定转盘正反转、换刀定时及换刀指示灯闪烁等部分,程序结构性好、可读性强、运行效率高。能很好地满足实用要求。     

实验用气动机械手的PLC控制设计

介绍了实验用气动机械手的PLC控制设计过程,在分析控制要求的基础上,设计气动系统,选用S7—200CPU226控制器,并设计出相应控制程序。控制程序采用“化整为零”,“积零为整”的模块化设计思想。控制程序运行效率高,可读性好。该实验机械手性能稳定、成本相对较低,能很好地满足实验教学与科技创新设计需要。     

基于双DSP的视觉跟踪控制系统设计

鉴于目前视觉跟踪系统实时性与抗干扰能力差以及控制周期长等问题,提出了一种基于TMS320DM642与TMS320F2812双DSP的视觉跟踪控制系统设计方案,并从工作原理、硬件以及软件3个方面详细介绍了系统的设计和实现方法。该设计方案通过采用六帧相邻图像差分相乘法以及DSP间的M cBSP通讯,提高了系统的实时性与抗干扰能力。实验完成了对动态背景下运动目标的检测并实现了云台摄像机对运动目标的跟踪控制,表明该系统具有实时监控与在复杂背景下实时跟踪运动目标的能力。