无人机滑降着陆控制系统设计

针对滑跑型无人机回收阶段对下滑角跟踪以及触地时姿态角的高要求,设计了一种无人机滑降着陆控制方式。首先,给出了滑降控制系统结构图,在此基础上分别进行了滑降横侧向控制器和滑降纵向控制器的设计,具体进行了直线航迹和圆航迹的控制方法以及下滑段的高度控制量算法的分析。然后,进行了滑降着陆控制模式设计,将滑降过程分解为降高、平飞、下滑以及拉平四个阶段分别进行设计,并在拉平阶段给出了俯偏航距仰角控制量与离地高度的关键技术公式。仿真结果表明,该无人机滑降着陆控制系统平飞段偏航距小于5m,接地时偏航距约为0m;平飞段高度跟踪误差为0m,下滑段高度跟踪误差2m;落地姿态角为0.4度。具有高度控制误差小、偏航距离短、落地姿态角安全性高的优点,能满足滑跑无人机对滑降阶段的控制要求。     

基于故障观测器的多无人机姿态一致性控制

在多个固定翼无人机姿态主从式一致性控制过程中,给出单个固定翼无人机在理想情况下的姿态动力学模型,即名义模型。考虑到无人机在实际运行过程中存在的外部干扰、状态测量误差、控制器微小故障以及无人机实际模型与名义模型之间的偏移,提出一种基于观测器和神经网络的故障检测方法,以实时检测出无人机中存在的故障、模型不确定以及干扰情况。基于无人机名义模型和检测出的故障及干扰,设计主从式多无人机姿态一致性控制器,以实现多无人机姿态的一致性准确跟踪。仿真结果表明,在外部干扰、状态测量误差与控制器微小故障下,与基于神经网络的直接姿态一致性控制器相比,该控制器能够使得无人机的姿态运动状态更接近于期望状态。     

基于混合滤波的四旋翼无人机抗干扰姿态控制系统设计

针对四旋翼无人机抗干扰姿态控制系统抗干扰能力较差,控制性能较差的问题;文章提出基于混合滤波的四旋翼无人机抗干扰姿态控制系统,优化设计了系统的硬件和软件部分;硬件部分设计主控制器,通过发生器输出的PWM波信号控制电速;设计传感器模块,测量姿态角与加速度等数据,采用双陀螺仪和双加速度计结构,避免共振对测量结果产生影响;设计电机驱动模块,选用X2216型无刷直流电机为运行提供较高的转速和响应速度;设计无线数据传输模块,选用3DR无线数据传输模块实时监测姿态信位置信息数据;构建基于混合滤波的四旋翼无人机抗干扰姿态控制系统,对角速度数据、加速度数据等数进行融合改正,再运用互补滤波器对陀螺仪和加速度计进行信号检测和控制调度,得到精确的实时姿态角;采用姿态控制算法和串级PID控制策略,提高对系统的控制力,保证飞行的平稳;实验结果表明,基于混合滤波的四旋翼无人机抗干扰姿态控制系统抗干扰性强、控制能力高以及响应速度快。     

一种小型固定翼无人机姿态测量系统的设计

针对小型固定翼无人机设计中对姿态测量系统小型化、低成本的需要,设计了以STM32F405为处理核心的低成本的姿态测量系统。系统采用MARG传感器方案,利用优化的梯度递减算法对采集的数据进行处理,将处理结果通过改进的互补滤波算法完成数据的融合,最终完成飞行姿态参数的解算。实验验证表明,所设计的系统具有实时性、低功耗、低成本、小型化等特点,能较好地完成无人机的姿态角数据的测量,具有较强实用性。     

飞行目标落地姿态视觉测量方法研究

飞行目标落地姿态是评定飞行目标系统性能的重要技术指标.为了测量飞行目标落地姿态,采用放置在落弹点区域附近的凝视等待式双目视觉摄像机,高速摄影交汇测量飞行目标的落地姿态.根据目标在摄像机像面成像特点,将目标进行分类,并采用了不同的姿态测量方案.模拟实验与理论分析表明:该姿态测量方法正确、可靠,大目标和过渡目标姿态角测量误差小于1°,为飞行目标的姿态测量提供了一条新的便捷可靠的途径.     

基于北斗通信技术的无人机运动轨迹跟踪控制系统设计

为使所获俯仰角、滚转角、偏航角跟踪结果均与无人机实际运动轨迹保持一致,实现对整条行进轨迹的准确追踪与控制,设计基于北斗通信技术的无人机运动轨迹跟踪控制系统;定义北斗通信系统的运维报文、通知协商报文、业务数据报文3种不同格式的协议文件,提升通信数据的实时传输能力;以此为基础深入分析无人机飞行器的内部结构组成,再结合大量行进姿态数据,完成对无人机运动轨迹跟踪控制系统的动力学建模;确保主供应电路的顺畅连接,将通信数据匹配至全驱动运动结构、姿态调节器、自适应控制器、轨迹追踪器四类硬件应用结构中,实现无人机运动轨迹数据的准确、实时传输;完成系统的主控结构设计;联合所有软、硬件运行条件,实现基于北斗通信技术的无人机运动轨迹跟踪控制系统设计;根据实验结果可知,所设计系统主机所获得的俯仰角、滚转角、偏航角跟踪结果均与无人机实际运动轨迹相差无几,符合准确追踪完整无人机行进轨迹的应用需求。     

基于TMS320F28069的自平衡机器人控制系统设计

通过分析自平衡机器人的工作原理,设计了自平衡机器人控制系统的硬件电路.将TI公司研制的TMS320F28069作为主控制器,利用外围电路控制自平衡机器人保持自身平衡,并完成前进、后退和转向运动.最后,采用PID控制算法对自平衡机器人的姿态角和电机转速进行闭环控制,大大提高了控制精度.     

改进PID的无人机飞行姿态角控制消颤算法

无人机在整个纵平面飞行过程中,由于飞行姿态角的大幅度变化以及气流的作用,导致机身颤抖,影响飞行稳定性.提出一种基于PID变结构控制的无人机飞行姿态角控制消颤算法,首先进行了无人机飞行姿态角控制系统的被控对象参量分析,构建无人机在姿态角变化剧烈、大迎角飞行时的三通道模型,采用变结构控制方法进行控制器设计.结合小扰动原理和Lyapunov稳定性原理进行扰动抑制和稳定性证明,采用梯度算法调整权值进行飞行姿态角控制的消颤处理,采用自适应算法在线调整权值实现PID变结构控制改进.仿真结果表明:采用该算法进行无人机飞行姿态角控制和消颤处理,大幅度提高无人机飞行定姿的精度,横滚角、俯仰角和航向角的控制精度有较大提高,稳定性和收敛性较好,确保了无人机飞行稳定性.     

高亚音速无人机姿态确定与控制系统设计

姿态确定与控制问题是无人机飞行控制设计中的关键问题.设计了高亚音速无人机的飞行控制系统,其硬件组成部分包括飞控计算机、组合导航计算机、电动伺服舵机、传感器、飞行参数记录仪以及地面检测装置;设计了基于速率陀螺、加速度计、磁航向计、GPS等多传感器系统的无人机姿态测量系统,并给出了基于信息融合卡尔曼滤波的姿态确定算法;设计了基于3个单变量控制回路的无人机姿态控制方案.仿真结果表明了高亚音速无人机的姿态确定方法和姿态控制方法的有效性.     

小型无人机飞行姿态测量系统的设计

飞行姿态是无人机飞行时最重要的参数之一,针对现有多数姿态测量系统体积大、功耗高、续航时间短,并不适合应用于小型或微型无人机上等问题,提出了一种基于DSP的小型化无人机飞行姿态测量的设计方案;完成了微固态陀螺实时数据采集,并通过四阶Runge-Kutta方法对其姿态角进行了求解;给出了姿态测量系统各模块的设计思想及基于μC/OS-Ⅱ的软件设计流程;与NAV440CA-200型IMU对比结果显示,在35秒的测试时间内滚转角相对误差为0.5°,俯仰角相对误差为0.4°;试验结果表明,该姿态测量系统具有较高的测量精度、体积小、功耗低等特点,满足设计需要。     

飞行姿态控制系统半物理仿真平台开发

飞行姿态控制系统作为飞机姿态控制的重要组成部分，对飞机起降、空中姿态调整具有重要影响。为快速建立液压作动系统数值计算模型、飞行员操纵及控制单元、舵面及起落架演示单元等实验实物环节，基于 Automation Studio液压设计及仿真专用软件，设计与开发了某型飞机飞行姿态控制系统的半物理仿真实验平台。给出了飞行姿态控制系统半物理仿真平台软总体方案、硬件组成、工作原理及开发和实验流程。最后，以飞机方向舵为例，开发了包括液压油油箱、液压马达、控制阀门、作动筒及管道、溢流阀、限位开关等装置的数值计算模型，液压阀位置数字PID调节器，结合舵面及其加载演示系统PLC控制程序，配合现场人员的实际操控动作，开展了方向舵液压作动随动控制系统半物理仿真实验研究，试验并分析了飞机机翼液压作动系统位置随动过程中的运行工况，并记录关键的实验数据曲线，为飞行姿态控制系统研究提供了一种直观的仿真及分析实验方法。     

MEMS加速度传感器在微型特种机器人中的应用

提出一种基于MEMS加速度传感器LIS3LV02DL的特种机器人姿态测控和环境感知方案。阐述了系统硬件组成,分析了传感器姿态测控方法和环境感知原理。为提高加速度传感器工作精度,设计了一种加速度传感器校正方法。试验结果表明：该加速度传感器能较好地感知机器人运动的姿态与方向,并实现机器人着陆姿态调整和外部环境振动信息的监测。     

面向微小卫星的可见光地球敏感器设计

可见光地球敏感器是卫星姿态控制系统中一个重要的姿态测量器件。基于CMOS图像传感器,设计一套面向微小卫星的可见光地球敏感器,设计的该地球敏感器具有结构简单、体积小、重量轻、功耗低的特点。本文从地球敏感器的工作原理出发,提出了整个敏感器的构架,并完成了整套系统的软硬件设计。在图像处理过程中,采用一种新的快速Hough变换,极大提高了姿态测量的速度。测试结果表明该地球敏感器的测量精度约为0.1°,很好满足了微小卫星姿控系统对精度的要求。     

基于恒流源的陀螺仪测温丝电阻测量电路的设计

陀螺仪是一种广泛应用的惯性器件,针对陀螺仪测试效率低的现状,设计和实现了一种基于恒流源的陀螺仪测温丝电阻测量电路;采用恒流源测量电阻,能有效消除引线电阻带来的测量误差,显著地提高了测量精度;详细描述了系统的功能和总体结构,给出了系统硬件设计方法、软件结构图及实验数据分析;该系统还包括单片机控制的数据采集电路、液晶显示单元、报警输出单元;该测试系统已经成功运用于陀螺仪的温后电阻测量中,实践表明,系统运行稳定可靠,具有较高的测试精度。     

基于RGB的颜色辨识系统设计

传统颜色辨识系统需要白平衡调整,引入了人为误差,造成辨别精度较差。介绍了一种改进型颜色辨识方案,采用TCS3200D颜色传感器将颜色信号转换为数字信号后直接送至AT89C52单片机处理,硬件电路简单,在基本型软件算法的基础上设计了改进型软件算法流程,避免了白平衡调整引入的人为误差,有效提高了辨识精度。实验结果表明:系统对不同颜色辨识速度快、精度高,可广泛应用于各种需要对颜色成分进行分析、辨识的行业。     

云台式PGK伺服系统控制器设计

基于云台式PGK进行制导的常规炮弹,为了实现弹体对目标的精确打击,设计了一种以FPGA为核心的新型云台式PGK的伺服系统控制器,对系统控制器的基本工作原理、硬件电路设计、软件设计三个方面进行详细的描述。并对系统整体模块进行实验测试,结果分析表明,云台式PGK伺服系统控制器动静态性能良好,对反旋翼筒及云台的控制具有稳、准、快特点,控制器控制性能完全满足系统要求,为实现对目标精准打击的目的打下了坚实的基础。     

基于CAN总线的燃气轮机高温传感器设计

针对高温、高压气体温度测量的特殊要求,设计了一种耐高温、响应快的控制器局域网络(CAN)总线式温度传感器.介绍了温度测量的基本原理、铂电阻冷端补偿技术和实现途径,给出了相应的硬件电路与单片机软件实现.实验结果表明:精度约为1%,响应时间优于0.5s,传感器测温误差小、性能稳定,能够满足整体性能要求,达到了预定的设计效果.     

一种高精度黑体辐射源温度测控系统设计

黑体辐射源作为通用红外目标,主要用于红外热成像系统的性能测试、校准和标定,其温度精度和稳定性直接影响产品的最终性能.为实现黑体辐射面温度的高精度测量与控制,提升红外热成像系统整体性能,提出了基于ATmega128单片机的黑体辐射源温度测控系统方案设计;利用MAX1402芯片和PT100完成温度的高精度测量;采用四线制恒压源驱动电路,简化硬件电路设计;基于μC/OS-Ⅱ操作系统平台和PID控制算法完成系统软件设计.详细阐述了MAX1402的校准和PT100标定过程,分析了影响温度测量和控制精度的影响因素并提出了解决方法.实验结果表明,该系统的温度测量绝对误差小于0.01℃,控制稳态绝对误差小于0.004℃.满足红外热成像系统性能提升的需求.     

仿生鳍条姿态测量及其误差分析

仿生鳍条是仿生机器鱼的核心运动机构,为提高其运动控制精度,针对其轻巧、微小的结构特点,设计了以质量轻、体积小、精度高的MEMS陀螺仪ADXRS290和ADXRS453为核心的仿生鳍条姿态测量系统,可实现仿生鳍条偏航角、俯仰角和滚转角的实时测量;针对仿生鳍条姿态测量中随机误差较大的特点,给出了一种以Allan方差为主的姿态测量误差算法,然后通过实验采集测量数据,定量分析了各运动姿态误差项;实验结果表明,角速率随机游走和零偏不稳定性是姿态测量的主要误差项,在后续误差处理中做针对性处理能提高姿态测量精度,对提高仿生鳍条运动效率有很大的意义。     

面向两轮平衡机器人姿态检测系统的研究与设计

以两轮平衡车的平衡姿态研究为背景,提出了一种基于陀螺仪与加速度计的两轮平衡机器人的姿态检測系统,对姿态检測系统的原理、组成及数据采集进行了研究。通过对各传感器输出信号特征的提取、分析,将PID控制算法与卡尔曼滤波思想相结合,实現了数据融合,从而有效地提高姿态检测系统的检测精度。经过软硬件的综合调试取得了良好的效果,并应用到实际的机器人姿态检测。