四旋翼飞行器控制系统设计

四旋翼飞行器姿态控制是四旋翼飞行器控制系统的核心. 通过分析四旋翼飞行器的飞行原理,模型建立,设计了四旋翼飞行器的姿态控制系统;在该系统中采用STM32系列处理器作为主控芯片,MPU6050三轴加速度集和三轴陀螺仪惯性测量单元、磁力计等传感器用于姿态信息检测. 本文中传感器使用结构简单的数字接口对数据进行交换,运用模块化的思想对系统进行设计. 使用PID控制算法进行姿态角的闭环控制,最终实验结果表明,在实验平台上四旋翼飞行器飞行效果稳定,系统满足四旋翼飞行器飞行姿态控制的要求.     

基于STM32的微型四旋翼飞行器的设计

微型四旋翼飞行器是一种结构简单、外形新颖、性能优良的垂直起降无人机,具有重要的军事和民用价值,是当前的研究热点。介绍了以STM32为微控制器、以CC3000 Wi－Fi模块为通信控制媒介、以MEMS九轴姿态传感器（三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器）以及气压传感器作为姿态感知的四旋翼飞行器的设计。给出了系统控制核心设计、电源模块设计、惯性测量模块设计,电机驱动模块设计,Wi－Fi无线通信模块设计。     

六轴旋翼碟形飞行器控制系统软件设计及仿真研究

采用了控制不同电机转速组合的方法,对六轴旋翼碟形飞行器进行姿态控制,使六轴旋翼碟形飞行器在不同姿态下飞行时具有较好的性能;为了实现六轴旋翼碟形飞行器的飞行控制,对飞行器的控制系统进行了初步的设计,并且给出了控制系统软件设计流程图;同时以ProtuesISIS软件为基础建立了六轴旋翼碟形飞行器控制系统的仿真模型,并进行了仿真,仿真结果显示该控制系统能够满足六轴旋翼碟形飞行器起飞、悬停及降落等控制姿态的要求。     

基于emWin图形库的四旋翼飞行器监控系统设计

为了对四旋翼飞行器在飞行过程中实现更加便利的监控,采用LPC1788微处理器和emWin图形库设计了四旋翼飞行器监控系统;按照监控系统的整体设计方案,设计了监控系统的硬件结构以及软件主体框架和程序流程,制定了无线模块的应用层通信协议,调用emWin的API函数创建四旋翼监控系统触摸显示控制屏界面;四旋翼飞行器经过多次飞行测试验证,监控系统实现了同时显示四旋翼飞行器的飞行姿态数据以及控制飞行器启动、飞行和着陆的功能,运行效果好,实用性强.     

基于Adams与Matlab的四旋翼飞行器控制仿真

为了避免推导四旋翼飞行器动力学方程的繁琐过程,提高其机械系统与控制系统的设计效率,在三维绘图软件Solidworks中建立四旋翼飞行器的实体模型,然后通过动力学仿真软件Adams的接口模块Adams/control与Matlab进行数据交换,利用Matlab/Simulink搭建了四旋翼飞行器控制系统的仿真平台,最终实现基于Matlab与Adams的四旋翼飞行器的联合动态仿真。同时验证了该系统具有良好的响应特性与跟踪特性,体现了Adams与Matlab联合仿真的可行性与优越性。     

四旋翼飞行器模糊PID姿态控制

在四旋翼飞行器控制姿态优化问题的研究中,为更好的实现对四旋翼飞行器的姿态控制,在Matlab环境下利用6-DOF运动方程模块搭建了四旋翼飞行器的非线性模型.选取四旋翼飞行器的姿态角作为控制对象,借助Matlab模糊工具箱设计了模糊PID控制器并依据专家经验编辑了相应的模糊规则;同时设计了常规PID控制器并选取了最佳的PID控制参数,对两种控制器控制下的四旋翼飞行器姿态进行了相同条件下的Matlab仿真.仿真结果表明,模糊PID控制器相比常规PID控制器具有更优良的动态性能及鲁棒性.对实际四旋翼飞行器的姿态控制具有一定的指导意义.     

基于STM32和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器设计

本四旋翼自主飞行器采用STM32F407ARM芯片作为飞控主控制核心,硬件包括了飞行姿态采集模块、超声波测距模块、摄像头循迹模块、无刷电机驱动模块以及STM32F407摄像头数据处理模块等。飞行姿态处理由MPU-9150加速度计陀螺仪提供,实现了飞行器的平稳飞行。超声波测距模块和摄像头循迹模块为飞行器提供导航参数,使飞行器可以按照规定航线并以一定高度飞行。为了保证摄像头数据处理的实时性,本设计中增加了一片STM32F407芯片专门处理摄像头数据。通过姿态解算、PID控制算法、摄像头数据采集处理,使飞行器实现一键式起飞,定高跟着赛道线稳定飞行,最终平稳降落。通过多次测试,证明该基于双STM32芯片和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器稳定、可靠。     

变桨距四旋翼飞行器控制系统设计

变桨距四旋翼飞行器是通过改变旋翼的桨距大小来改变升力的,这种控制策略可使飞行器姿态的响应和控制的延迟都会小很多,同时可以节省资源和能耗。通过分析对比变桨距与传统的变转速四旋翼飞行器的结构和飞行原理,根据其数学模型和控制要求,设计了变桨距四旋翼飞行器的控制系统。该系统采用STM32F427微处理器作为主控制器,使用MPU6000等惯性测量单元及其他传感器用于检测飞行器的位置、姿态;基于四元数方法进行姿态解算;利用PID控制算法对飞行器姿态、高度进行闭环控制。试飞结果表明,变桨距四旋翼飞行器能够稳定飞行,满足系统要求。     

四旋翼无人飞行器实验平台设计及姿态控制研究

为了实现四旋翼无人飞行器姿态的稳定控制并验证控制算法的性能,设计了一种可用于四旋翼无人飞行器姿态控制算法研究及控制性能测试的物理实验平台;首先,利用牛顿-欧拉法建立了四旋翼无人飞行器的六自由度动力学模型;其次,对姿态传感器数据进行融合,利用互补滤波算法实现对四旋翼飞行器姿态进行快速准确解算;然后,在MATLAB环境下搭建了四旋翼飞行器仿真模型,并设计改进的PID控制器对飞行姿态进行了仿真;最后,搭建了一个四旋翼无人飞行器姿态控制的物理实验平台,进行了飞行器姿态控制算法的性能测试;实验结果表明了四旋翼无人飞行器实验平台设计的合理性和正确性,是一种快速有效的飞行器姿态控制算法性能测试实验平台。     

基于UM6惯导模块的四旋翼飞行器姿态控制

针对目前四旋翼飞行器姿态控制过程中姿态解算精度不高的问题,选用成本低、精度相对较高的UM6-LT惯导模块,该模块内置嵌入式ARM处理器,直接通过数字接口输出姿态角。首先分别在电机静止和转动状态下测试了该模块的稳定精度,其次通过协方差调节其内置的扩展卡尔曼滤波器参数。最后结合XBee无线传输模块,使用PID算法,在X650value实验平台下进行飞行试验。结果表明,UM6-LT惯导模块的姿态解算精度可以满足四旋翼飞行器姿态控制要求。     

基于PhoneGap与3G网络的四轴飞行器控制平台设计

传统四轴飞行器的控制多为摇杆遥控器,针对其便携性差、控制距离受限等问题,采用智能移动终端与3G网络技术来实现对飞行器的远程控制。但智能移动终端系统的多样性给编程带来一定的难度,采用跨平台移动应用框架PhoneGap来设计和开发手机APP控制平台,不仅节约了开发时间和成本,而且有效增加了APP用户群体。室外测试实验表明：在3G网络信号覆盖下,平台操作便捷、实时性好,飞行器运行流畅、坐标显示准确,同时可跨平台使用,适应性好。     

基于开源操作系统ROS的机器人软件开发

ROS(机器人操作系统)是一套机器人软件框架,基于这一框架,人们可以快速开发出控制机器人的一系列应用,是目前大多数机器人系统的首选软件平台.扫地机器人、四轴飞行器、机器小车等,虽然各自的配件、外形或功能等各不相同,但是它们有一个共同点就是均运行在ROS系统框架之上.ROS本身的优良设计使其兼具了精简与集成、多语言多平台支持、点对点设计以及开源免费等特点.目前,越来越多的机器人厂商将基于ROS平台进行软件设计研发,而更多厂商的使用反过来又成为ROS的进一步完善与普及的巨大推动力.     

基于数字信号处理器的四轴运动控制卡系统研究

数字信号处理器（DSP）适用于控制PCI多轴运动控制卡的开发需求,简单分析了数字信号处理器的选择方案及DSP处理器TMS320VC33和PCI总线的研究分析,对多轴运动控制卡的部分部件作了必要的功能、作用、方法说明等。并按照结构化程序设计的算法,确定了四轴运动控制卡的模块的功能。完成实现了四轴运动控制卡硬件电路设计。     

ANSYS在平板式压电四维力/力矩传感器设计中的应用

针对人机触觉交互系统对四维力/力矩传感器的需求,研制了一种新型平板式压电四维力/力矩传感器。首先,介绍了传感器的结构和工作原理。然后,推导了传感器的数学模型,建立了传感器的有限元模型。最后,得到了传感器输出的电荷灵敏度、维间干扰、固有频率等重要性能指标。研究结果表明:传感器结构简单合理、数学模型正确、加工工艺性好、线性度好、刚度高、固有频率大于30kHz、未使用退耦矩阵时的维间干扰小于3%。满足传感器的设计指标。     

无人机数据采集EKF滤波悬停稳定的研究与应用

许多国内外的研究机构致力于四旋翼无人机飞行控制姿态和高度悬停稳定的研究,以实现四旋翼无人机的自主飞行。四旋翼无人机是一种多输入、强耦合、多变量、欠驱动的系统,其稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性对飞机性能起着决定性的作用。针对四轴无人机悬停运动测试环节中不稳定的影响,基于已有的无人机平台,最新科研前沿的文献,以ARM嵌入式系统作为上位机,设计了一个无人机数据采集的扩展卡尔曼滤波器(EKF),结合二次型最优控制预估气压计最优初始矩阵值进行开源编程。从扩展卡尔曼滤波器的建立与优化,原程序气压计程序严谨的探讨、衔接和写入飞控,最终在软件匿名科创地面站上,通过无人机对气压计大量实时悬停数据采集,实验仿真进行滤波图形对比验证和无人机实际运行的稳定性分析表明,提出的无人机数据采集扩展卡尔曼滤波方法效果良好,具有良好的应用和推广价值。     

Requirements for airborne electronic displays

This article briefly outlines the historical foundations on which modern aircraft display systems are built Various aspects of display device performance of concern to aircraft equipment designers are described, with indication of standards which must be achieved before any new device can be considered.     

基于DSP与FPGA的运动控制器设计

设计了一种基于DSP和FPGA的四轴伺服电机运动控制器,该控制器选用DSP与FPGA作为核心部件。针对运动控制中的一些具体问题,如高速、高精度、实时控制等,规划了DSP的功能扩展,在FPGA上设计了功能相互独立的四轴运动控制电路。该电路接收和处理4路编码器反馈信号;可以处理原点、正负方向、到位以及急停等数字量输入信号;提供16路数字输入输出信号作为系统一般功能扩充使用;具有较高的集成度和灵活性。     

一种新型电静液作动飞机刹车系统

多电飞机已成为现代飞机的发展趋势,其刹车系统不再采用传统的液压刹车.提出一种用于多电飞机刹车系统的泵控和阀控相结合的电静液刹车系统.首先分析了电静液作动器的工作原理和数学模型,对电静液机构进行了单独的控制仿真;接着对飞机刹车系统进行数学建模,并将这种电静液作动飞机刹车系统进行控制仿真.仿真结果表明,基于电静液作动器的刹...     

基于工控PC和Windows 98的四轴位置控制系统的设计

本文叙述了基于工控PC以及Windows 98的四轴位置控制系统的设计，介绍了硬件组成及位置伺服卡的功能，并采用硬件中断和TVicHW32控件结合的方法实现了对位置控制系统的实时控制。