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变翼四轴飞行器飞控系统及姿态研究

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楼主: wangjiahao88
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 13:47 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 13:47 | 只看该作者
    飞控系统的执行机构主要是电机和舵机,一般采用脉冲宽度调制,通过主控
制器的数字输出来对模拟电路进行有效的控制。本课题通过使用STM32F407的
通用定时器进行相应的设置,使其产生所需的PWM信号对电机和舵机进行控制。
    变翼四轴飞行器的飞行姿态是可以通过舵机的转动来控制,其飞行速度则可以通
过电机转速的快慢来控制。由舵机的控制原理,舵机的偏转角度和高电平宽度具
有线性变化关系,因此在对四轴飞行器飞行姿态进行控制时,在确定脉冲周期后,可
以通过调整PWM信号的高电平宽度来实现对舵机的控制。变翼四轴飞行器的所需的
动力由无刷直流电机提供,其与舵机都是在PWM信号的驱动下工作。只是电机
的PWM控制信号需要经过电调产生适合电机的驱动信号。
    本课题飞行控制系统通过主控制器产生3路周期为20ms的独立 PWM信号对3
路舵机进行控制,舵机驱动信号的占空比控制在0.5ms}2.5ms范围内,其中使用
通用定时器TIM3的CH1来控制变翼四轴飞行器的两侧的变形翼。利用软件仿真在逻
辑分析窗口中显示PWM信号,将其频率设置为_SOHZ。通过实验测试占空比为_5 070 ,
7._5%和10%的PWM信号,用来控制变后掠翼的展开与收合效果较好。控制舵机
的三路独立的PWM信号如图_5-16所示。CH1为变后掠翼PWM控制信号。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 13:47 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 13:48 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 13:48 | 只看该作者
    因三轴飞行仿真平台所能放置最大模型尺寸的制约,作为飞行平台的变翼模
型机在满足其载重的条件下体型较大,不能放置在三轴飞行仿真平台上对各传感
器进行数据测试,因此,本课题采用将飞行控制系统硬件平台固定于三轴飞行仿
真平台之上。通过三轴飞行仿真平台绕三轴旋转至多个姿态角,将采集到的各传
感器数据通过飞行控制系统的RS232串口发送至PC上位机,并对一定时间内得到
的姿态数据信息进行保存。最后,将保存的各个传感器数据信息在MATLAB环境
下进行仿真,主要针对于基于卡尔曼滤波的多传感器组合测姿和非组合测姿方案
的姿态角误差进行对比,验证卡尔曼滤波组合测姿具有更好的效果。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 13:53 | 只看该作者
    微惯性器件因价格低、制作工艺简单,存在精度低、噪声大和误差大等不足,
因此,为了提高变翼四轴飞行器的姿态解算精度,需要对微惯性器件进行误差补偿。
微惯性器件测量精度主要由本身误差和外界因素的干扰。自身误差主要来自于敏
感轴比例系数误差与零点偏移误差,外界因素包含温差角度、磁场的密度不均匀
等[[45]。根据本课题采用的微惯性器件,需要对MPU-60_50传感的三轴陀螺仪和三
轴加速度计、MAG3110磁力计通过误差模型进行误差补偿,保证采集数据的准
确性。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 13:54 | 只看该作者
    陀螺仪误差来源有零偏、温漂和角度率噪声等,这些都属于随机噪声范围之
内。对随机噪声进行误差补偿通常需要先建立误差模型,再通过使用一定的滤波
技术对其进行估计和补偿。建模的方法有时间序列分析、神经网络分析与小波分
析等。而滤波方法有卡尔曼滤波、鲁棒滤波、非线性滤波以及这些滤波技术的增
强和改进。本课题通过从工程实际应用角度出发,探讨了基于时间序列分析的卡
尔曼滤波技术在MPU-60_50陀螺仪随机漂移误差补偿中的应用方法[[46],主要为降
低MPU-60_50陀螺仪误差,提高输出精度。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:12 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:14 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:15 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:15 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:15 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:16 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:16 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:16 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:17 | 只看该作者
    通过对载体在三轴飞行仿真平台静态条件下对其俯仰角进行测量,从图6-8
能够看出通过卡尔曼滤波数据融合算法的红色俯仰角变化曲线要比MPU-60_50加
速度计计算出来的蓝色俯仰角变化曲线的幅值要小,且数据融合之后的角度变化

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-28 14:17 | 只看该作者
    图6-10中亦可以看出通过卡尔曼滤波数据融合算法的红色偏航角变化曲线
要比磁力计解算出来的蓝色偏航角变化曲线的幅值要小,且数据融合之后得到的
偏航角估计值想对于之前变得平滑许多,还没有出现大角度的突变情况。从以上
得到的载体姿态的俯仰角、横滚角和偏航角的最优估计角度可明显的看出,经过
卡尔曼滤波数据融合算法的姿态角曲线比直接测量的姿态角曲线更加的平滑,基
本达到实际应用的需求。

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八层楼| | 2019-6-18 09:16 | 只看该作者
变翼是说在进行中的时候飞机的机翼会发生改变吗

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观海| | 2019-6-18 09:23 | 只看该作者
非常不错的资料

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guanjiaer| | 2019-6-18 09:33 | 只看该作者
非常感谢楼主分享啊

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