無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告(已修改)
2025-08-16 01:02 本頁面
【正文】 無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告摘要： 本文介紹了用于無人直升機(jī)控制的飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分部分的主要性能，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及設(shè)計(jì)思想。 一 整體系統(tǒng)描述 整個(gè)系統(tǒng)可以分為機(jī)載部分和地面部分，機(jī)載部分負(fù)責(zé)維持飛機(jī)的穩(wěn)定飛行并提供圖像信息給地面部分，地面部分根據(jù)飛機(jī)的狀態(tài)以及得到的圖像信息作出下一步飛行的目標(biāo)規(guī)劃并發(fā)送給機(jī)載部分，同時(shí)為了確保安全，防止自主飛行機(jī)構(gòu)失控，添加了可由操作手控制的控制器。地面部分與機(jī)載部分之間有兩條數(shù)據(jù)鏈路——負(fù)責(zé)傳送圖像和傳送飛行狀態(tài)和指令。圖像傳送的數(shù)據(jù)鏈路通過購買成品解決，另外負(fù)責(zé)傳送飛行狀態(tài)和指令的部分也已經(jīng)有方案可以解決（目前正在開發(fā)的部分雖然包括擴(kuò)頻通信，但是由于技術(shù)原因不能確保在比賽中的可用性，所以這部分只是作為研究性的項(xiàng)目）。地面部分可以分為地面站和圖像處理平臺(tái)，前者與機(jī)載飛行控制器通訊以發(fā)送控制命令并獲得飛機(jī)狀態(tài)信息，后者獲取機(jī)載攝像頭的圖像并做處理以搜尋比賽目標(biāo)。機(jī)載部分將在后一部分詳述。二 飛機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)描述 為了完成自主飛行任務(wù)，飛機(jī)需要相關(guān)功能部件完成對飛機(jī)狀態(tài)信息的采集、對執(zhí)行部分的控制以及對地面站命令的響應(yīng)等功能。在無人機(jī)上，替代飛行員或操作手完成飛行任務(wù)的自主機(jī)構(gòu)包括圖像設(shè)備、飛控模塊、高度測量、舵機(jī)控制、數(shù)據(jù)鏈路以及航姿儀等，如下圖所示： 圖像設(shè)備 飛控模塊 高度測量 舵機(jī)控制 數(shù)據(jù)鏈路 航姿儀 各個(gè)模塊之間相對獨(dú)立，均可單獨(dú)完成一定的功能，模塊之間的相互連接采用總線實(shí)現(xiàn)，硬件上采用PC104標(biāo)準(zhǔn)，便于安裝和系統(tǒng)集成。雖然采用的總線是較可靠的通訊標(biāo)準(zhǔn)，但是在直升機(jī)實(shí)際飛行的環(huán)境中存在震動(dòng)、電磁等干擾因素，可能影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，為了保證正確的數(shù)據(jù)傳輸，采用了兩套互為備份的總線系統(tǒng)——422總線和CAN總線。422總線為現(xiàn)有UAV系統(tǒng)采用的標(biāo)準(zhǔn)，具有技術(shù)較成熟的優(yōu)勢；CAN總線對于數(shù)據(jù)包的傳送更為方便，克服了422只能采用主從模式以及工作在輪詢模式的缺點(diǎn)，并且具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，是一種較新的標(biāo)準(zhǔn)，使用CAN總線也是對系統(tǒng)方案升級(jí)的嘗試。 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS 為了實(shí)現(xiàn)對直升機(jī)姿態(tài)的控制，需要有飛機(jī)各個(gè)方向的速度位置信息等，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的算法通過對慣性測量單元(IMU)提供的加速度和角加速度的積分，得到機(jī)體的位置、速度和姿態(tài)信息(PVA)。從硬件上來說，該模塊是實(shí)現(xiàn)了對各個(gè)加速度和角加速度傳感器的信息采集，但是僅僅通過以上簡單的慣導(dǎo)算法本身很難得到有用的信息，慣性傳感器的漂移和定步長積分的累計(jì)誤差會(huì)使計(jì)算結(jié)果很快偏離實(shí)際值。導(dǎo)航系統(tǒng)必須考慮這些誤差因素并對得到的PVA結(jié)果作出修正。 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可分為平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)是通過一個(gè)機(jī)械平臺(tái)把慣性敏感元件與機(jī)體的角運(yùn)動(dòng)隔離開、使之跟蹤某個(gè)給定的坐標(biāo)
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