無人直升機飛行控制系統(tǒng)設計報告-資料下載頁
2025-08-04 01:02本頁面
【正文】 們也采用了MSP430作為超聲波測距的單片機進行信號采集、發(fā)生以及計算和通訊等功能，單片機是整個模塊的核心部分。我們采用MSP430作為40K信號的發(fā)生源并最終接收捕獲到的信號，并計算發(fā)出信號到收到信號之間的時間差，從而計算出距離。并對得到的距離進行分析處理，保證將可靠的數(shù)據(jù)傳輸給上端。在距離的數(shù)據(jù)分析上，我們采用了一階濾波器的處理，以保證傳輸給上位機的數(shù)據(jù)可靠而且平滑有效。飛行控制器飛行控制器直升機的中央控制單元，負責飛機上各個單元的協(xié)調(diào)工作，并與地面站之間進行數(shù)據(jù)傳輸。同時根據(jù)控制算法和地面站的命令，保持飛機以一定的姿態(tài)飛行。飛控計算機硬件原方案采用TI2812 DSP，該方案的優(yōu)點在于功耗低、DSP本身接口較多（包括串口、CAN），但開發(fā)過程中碰到技術積累不充分、無操作系統(tǒng)支持造成開發(fā)速度較慢等等的問題，所以最終選用了80486的PC104標準板。直升機模型較為復雜，而且通道之間存在耦合，如果考慮復雜情況則控制率較難實現(xiàn)，所以采用簡單的PID控制器分通道進行控制，為了解決非線性問題，采取不同狀態(tài)下采用不同參數(shù)的控制方法。具體將飛機飛行狀態(tài)劃分為起飛、降落、懸停、向左、向右等狀態(tài)，在不同狀態(tài)下設定不同的控制目標值。例如，懸停狀態(tài)高度設定為固定值，俯仰、滾轉(zhuǎn)以及偏航的角度都設置為零，利用四個不同的控制器分通道控制，使得飛機姿態(tài)達到設定值。以偏航方向的控制為例:導航計算機限位偏航P控制Rudder偏航角速度總距輸入舵機驅(qū)動模塊舵機是無人直升機上的執(zhí)行機構(gòu)，通過操縱舵機來改變主旋翼的槳葉角度和槳盤角度以及尾槳的槳葉角度，就可以控制作用于飛機上的力和力矩，從而改變機體飛行狀態(tài)。比賽用直升機仍然采用航模直升機的舵機，該舵機輸入為PWM（脈寬調(diào)制）信號，脈沖寬度對應于舵機的位置。為了實現(xiàn)可靠的控制，防止在一定條件下飛機失控，在舵機模塊增加了控制切換功能，即可以通過飛控計算機控制或者通過遙控手直接控制。在舵機驅(qū)動模塊失效時，MSP430的所有輸出都變?yōu)榈碗娖?，通過GAL的邏輯可重編程邏輯陣列使得舵機驅(qū)動的控制輸入切換為遙控直接輸入。對舵機的控制為開環(huán)控制，這是由于舵機的性能相當可靠，而且有應急的切換電路。軟件仿真系統(tǒng) 在進行實際的飛行測試之前，仿真測試可以充分驗證算法的可靠性，降低實際飛行可能造成的損失并且增加試驗的次數(shù)。對于仿真程序的要求大致有以下幾點：數(shù)學模型較為逼真，可以提供交換狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的接口，如果軟件不是自己開發(fā)的話最好能夠是開發(fā)源碼的，以便于二次開發(fā)。基于以上的考慮，我們選擇了目前使用的開放源碼直升機飛行仿真軟件，并且開發(fā)了適合目前系統(tǒng)的接口。 為了達到飛機的數(shù)學模型與實際直升機接近，需要由遙控手進行操作測試，比較兩者之間操作性的差異，然后進一步修改模型。模型的主要參數(shù)確定之后就可以將控制模塊與仿真程序連接進行軟件閉環(huán)測試。9 /
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