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[信息] 小型旋翼无人机自主飞行控制器设计与实现

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发表于 2009-11-7 05:23:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
自主飞控技术。在固定翼直升上的应用研究。中国已经取得很大的进步。

就是说无人机起飞后。地面飞控人员不需理会。由飞机自己根据所遇到的情况,自行处理。怀发射导弹打击。怀摄像。等等。人都不管。一切交由飞机自个作主。在阿富汗已经得到广凡用。

但是旋翼的自主飞控。在中国是个新课体。


该计划的背景及其实现的目的、意义
小型旋翼无人机的自主飞行控制技术涉及了多个学科领域,目前还不成熟,是国内外研究的热点。国外小型旋翼无人机及其自主飞行控制技术发展较早,目前己有几种较成熟的飞控产品,如美国的AP50XL、加拿大的MP2028等,能够完成悬停、低速前飞等简单动作,接收并执行由地面站制定的航线。国内相关研究起步较晚,而且受到国外技术的封锁,虽然北航等研究机构都在努力探索,但是目前国内小型旋翼无人机飞行控制器在精确定位、智能导航和无线组网等方面,较国外水平还有很大差距。
主控制器是飞行控制系统的算法计算平台,用于执行姿态解算、飞行控制、导航控制等一系列算法。同时它还要读取协控制器采集的传感器数据和无线接收机的数据,并将输出命令传送给协控制器。另外,主控制器还保持和地面站的联系,接收地面站的命令或将飞行数据传输给地面站。经调研得出,无人机主控制器主要归纳为三类:
1)
以基于PC104总线的80x86处理器为主控制器。代表机构包括美国乔治亚理工学院、德国柏林大学、丹麦奥尔堡大学、日本京都大学、沈阳自动化所等。PCl04模块采用了X86体系的CPU,直接支持这个体系的系统和应用软件比较多,因此相应的开发比较便利。PCl04模块的主要缺点是功耗较高,因此不利于整个系统的低功耗设计,而且器件结构不够紧凑,成本也较高。

2)
以数字信号处理器DSP为主控制器。代表机构包括韩国航空研究院、西工大、北航等。DSP在一些通用性的应用方面与CPU有所差异,一般很少用到嵌入式操作系统,也缺乏一些通用的应用软件的支持,因此不利于实现复杂的应用设计,如网络协议、多线程任务处理。

3)
以专用嵌入式微处理器ARM系列为主控制器。代表机构包括捷克科技大学、美国crossbow公司、防空兵指挥学院、哈工大等。ARM微处理器体积小,性能强,功耗低,同时易移植操作系统的特点,使系统得到了通用软件的支持,在应用驱动和协议、多线程处理以及设备管理等方面有着明显的优势。由于低端ARM计算能力有限,需要选择高端ARM,同时采用协控制器分担部分计算量。


描述该项目能够实现的功能
设计研发一个自主飞行控制系统,可实现手动飞行和自主飞行两种控制模式。
? 手动飞行控制模式描述如下:
Futaba发射机工作在PCM模式,遥控器内部电路对摇杆偏移量进行编码和发射,该遥控舵机信号通过无线电波传输至直升机内置接收机,再由接收机输出PWM遥控舵机信号至控制模式切换单元。控制模式切换单元对遥控PWM舵机信号进行采样分析,判定操作员的选择为手动模式时,允许遥控PWM舵机信号通过舵机控制单元输出到舵机组,同时存储至移动存储设备和实时传输。
? 自主飞行控制模式描述如下:
控制模式切换单元采集并分析遥控器传来的模式切换信号,将舵机信号输出通道选择为自主舵机信号通道,无人机从手动飞行切换到自主飞行。
数据采集单元采集当前无人机姿态、航向、位置的相关数据,经过数据融合,传输至机载自主飞行控制器。
自主飞行控制器对当前飞行状态数据进行解算和处理,依据控制算法(PID或专家知识库控制),产生自主控制信号到下位机。
舵机控制单元依据自主控制信号产生PWM舵机控制信号,通过控制主旋翼、副翼、尾翼、油门和螺距来驱动无人机保持低空自主悬停姿态。
考虑功耗和隔离等因素,接收机、控制模式切换单元、舵机控制单元和舵机伺服系统使用伺服驱动电源模块供电,自主飞行控制器和数据采集单元及其传感器等电子设备采用航空设备电源模块供电。
实际舵机控制信号作为控制模型的输入量,飞行状态数据作为控制模型的输出量,二者同步存储至移动存储装置以备离线分析,并通过无线网络传输至无人机地面站数据库。
无人机地面站对数据库中的数据进行分析,实现姿态再现、实时监控和控制性能分析。在此基础上,结合对无人机模型的飞行力学计算和操作员遥控经验知识总结与归纳,选择 PID作为自主控制算法,就无人机低空悬停这一简单非线性、低耦合度的飞行模态进行快速控制实现。


预计会遇到的困难和相应的解决办法

a)        组合导航系统输出信号的采集和存储:CPLD采集,存储至SD卡b)        舵机控制信号的采集和存储:CPLD采集,存储至SD卡
c)        存储文件的内容、格式、大小的设置:还需与地面站人员沟通
d)        串口扩展:使用专门串口扩展芯片
e)        无线通讯模块:与工程师沟通ZigBee技术


开发项目:
无人机自主飞行控制器

学习项目:
ARM,CPLD,WinCE,IC设计,PID控制,SQL数据库,Zigbee技术等

OURS-PXA270D开发板在本项目中所完成的功能

ARM主处理器、CPLD协处理器、外围接口电路

自主飞行控制


飞行控制系统采用GPS全球定位系统和惯性导航系统,可自动完成从起飞到着陆的整个

自控长留空的气球

img_0312_30.jpg

enclosd-gyro.jpg
由于旋翼机的的特殊性。飞速慢。超稳定。易被敌军击落。但是比直升机
造价低很多。如果制造成:隐形。电动。将发挥他的优势。即可回避敌军发现
发表于 2009-11-8 11:05:40 | 显示全部楼层
学习一下,谢谢!
发表于 2012-8-3 20:06:21 | 显示全部楼层
中航 西安618所可以提供无直的自驾仪,我国的航标产品。
发表于 2013-7-26 09:54:48 | 显示全部楼层
一个新思路!!!!!!!
发表于 2013-7-28 11:59:38 | 显示全部楼层
自动驾驶。
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