高速摄像技术在微型旋翼机性能测量中的应用

提出了一种测量微型旋翼机桨距角及弹性连杆变形角度的新方法—高速摄像法。这种方法可以准确地测得高速旋转物体的角度,拍摄速度可达15 000帧/s。实验需要处理两个角度——桨距角和弹性连杆变形角度。实验中,首先对拍摄部位进行预处理,然后对微型飞行器在高速旋转时的不同状态进行拍摄,包括从正面拍摄桨距角和从侧面拍摄弹性连杆的变形角度,对拍摄到的图片进行筛选、存储并进行图像处理。图像处理部分是用MATLAB软件进行边缘检测,对比了四种不同的检测方法的效果,最后采用Canny算法。用最小二乘法拟和成直线,得到所需的角度;利用采集电路将角度与电压实时地对应起来,得到了电机电压和桨距角及弹性连杆变形角度的八组关系曲线,并对得到角度的精度进行了分析。实验证明这种方法在微型飞行器高速旋转时信号弱、干扰强、其动态特性难以精确测量情况下,可有效测量微型飞行器的变距角度。     

非对称变距控制特性的动态测试研究

针对旋翼飞行器本体微型化提出了一种非对称变距方法,同时还对非对称变距的控制特性进行了动态测试研究.利用单片机C8051F020捕捉转过码盘外圈孔时光电传感器发出的脉冲信号,来测得电机转速的动态测速方法,设计了硬件电路、编制了相应的测速软件、搭建了动态飞行实验测试平台.通过大量实验,获得了横滚通道、俯仰通道和总距通道3个操纵通道与主轴电机转速的动态控制特性,以及偏航通道对主轴电机转速的影响.为进一步定量研究这种新型变距方法的机理和自主控制奠定了坚实的基础.     

基于CATIA软件非对称变距装置的建模与分析

介绍一种面向微型旋翼飞行器的非对称变距装置，并利用CATIA软件对这种装置进行了建模分析。通过对弹性连杆的有限元分析，得到了弹性连杆所受外力与变形之间的规律，为进一步研究非对称桨叶变距机理奠定了坚实的基础。     

新型非对称变距结构及其力学分析

针对旋翼飞行器本体微型化的瓶颈问题,介绍了一种新型非对称变距结构,研究并分析了其变距机理和控制特性,并对变距关键件弹性连杆进行了弹性力学分析和有限元计算,得到桨距变化与旋翼主轴电机的输出扭矩成线性关系.再通过光电传感器和位置控制码盘检测旋翼所在相位,以便在预期变距相位改变电机转速,从而实现微型旋翼飞行器各向机动飞行.     

C8051F020的微型旋翼飞行器实验平台的控制系统

提出了一种与传统桨距角递推算法不同的基于高速摄影和图像处理的桨距角测定方法。根据实验要求,开发了一个以微型旋翼飞行器的非对称变距装置为测试主体的实验平台,并设计了一套基于C8051F020的微型旋翼飞行器实验平台的控制系统。该控制系统以C8051F020单片机为微控制器,用微型位置传感器来检测螺旋桨主轴的相位信息,并利用C8051F020单片机内部的PCA捕捉功能采集位置传感器的输出信号,得到螺旋桨主轴的四个相位;利用单片机输出的PWM方波信号控制电机的转速,以达到对螺旋桨电机进行加速的目的;利用单片机内部产生的PCA捕捉中断来触发高速摄像机的拍摄,以实现飞机加速与拍摄的同步。该控制系统结构紧凑,系统可靠性高。最后通过该控制系统来控制微型飞行器仿真飞机前飞的状态,得到该状态下桨叶的变距曲线,证明所提出的桨距角测定方法和由此开发的实验平台在测量桨距角中是有效的,达到了预期目标。