基于STM32的四旋翼飞行姿态串级控制

对四旋翼飞行器飞行姿态的稳定控制问题进行了分析,设计了基于STM32系列微控制器的稳定控制系统。STM32以ARM Cortex-M3为内核,拥有强大的运算能力,作为四旋翼飞行器的飞行姿态控制器的主控芯片。采用四元素融合滤波算法对陀螺仪和电子罗盘等多传感器采集的数据进行飞行姿态解算。结合串级PID控制算法实现四旋翼飞行姿态控制系统设计。仿真及实验结果表明该控制系统符合设计要求,达到了对四旋翼飞行器飞行姿态稳定控制的目的。验证了基于STM32的串级飞行姿态控制的有效性,为后续研究奠定了基础。     

一种基于STM32的四旋翼飞行器控制器

针对四旋翼飞行器,设计并实现了一种基于STM32的微型飞行控制器．以新型ARM Cortex-M3内核微处理器STM32作为计算控制单元,对飞行控制器进行了模块化设计,包括主控、惯性测量、执行驱动等单元模块．给出了系统软件设计流程,研究了一种基于分布式融合滤波器的飞行姿态解算方法,并针对四旋翼飞行器的控制特点设计了控制律．实验表明控制器方案合理有效．     

四旋翼飞行器的设计与实现

在分析四旋翼飞行器工作原理的基础上,以STM32单片机为控制器,用MPU-6050检测飞行姿态和加速度,nRF24L01实现无线通信,USB串口上位机进行监控,完成四旋翼飞行器的设计。以惯性测量模块采集实时数据,采用卡尔曼滤波器进行姿态算解,运用PID算法以PWM方式驱动飞行电机。通过对系统的软硬件进行设计,完成了飞行器实物的制作和飞行测试。测试结果达到了设计要求。     

基于惯性传感器与模拟传感器的据枪数据捕捉系统设计

为了实现对作训人员射击训练数据的实时捕捉,提高作训人员射击训练效果,设计实现了一种基于惯性传感器与模拟传感器的据枪数据捕捉系统。对数据捕捉系统的原理、组成以及数据处理进行了研究,采用四元数的方法实现了对姿态数据的融合与解算。通过系统下位机将捕捉到的动作数据进行采集并通过无线通信将数据传输至上位机进行实时显示。实验表明,该系统能够实时捕捉当前作训人员的据枪射击数据,数据准确、直观,使用价值高,取得了良好效果,大幅度提升了训练效率。     

一种基于嵌入式平台的机械臂体感控制系统

针对传统机械臂控制方式复杂且效率低的问题,研制了一套惯性式动作捕捉的体感控制系统.该系统在用户手臂绑定多个节点,每个节点由加速度传感器、陀螺仪和磁通传感器组成.节点采集手臂运动数据发送到嵌入式系统,经过融合计算得到手臂运动状态,并最终得出机械臂舵机转动角度.在保证机械臂控制精度的前提下,针对嵌入式系统硬件条件采用了降低系统延迟的分状态数据融合方案.本系统在嵌入式平台上实现,降低了动作捕捉成本,提高了可移植性.测试结果表明,使用惯性式动作捕捉的机械臂体感控制系统动作响应延迟时间短、机械臂动作较平稳.     

四旋翼飞行器实时航拍及GPS 定位系统设计

针对国内民用无人飞行器功能单一、不易操控等缺点, 设计了以Cortex-M3 内核为核心、实现图像实时传输与GPS(Global Positioning System)定位并基于PID(Proportion Integration Differentiation)算法控制的多功能四旋翼飞行器。结合建立的动力学模型对飞行器进行姿态分析和控制, 采集飞行中的姿态、油门幅值及位置参数等数据并通过无线方式传输到上位机中。对比飞行姿态的理论数据和实测数据, 根据算法调整其响应时间短、稳定性高的控制参数, 并实现传感器数据的绘图和保存。测试结果表明, 飞行器平稳飞行, 航拍图像传输距离为110 m, 并能实现多功能操控。     

简易室内定高四旋翼飞行器设计

本文设计一款可在低空区间(对地高度0.3~5 m)保持指定高度飞行的简易四旋翼飞行器。控制器采用STM32F103RCT6单片机,通过惯性测量单元集成的数字传感器MPU6050和超声波测距模块分别测量得到飞行器的姿态角信息和飞行器对地高度,从而实现近地定高飞行目的。该四旋翼飞行器体积小、飞行灵活、有一定的运载能力,且成本低廉易于实现,该设计为室内等狭小空间的探测提供了理想平台。     

基于滑模控制的四旋翼飞行器控制算法研究

针对其在飞行中稳定性差的问题,笔者根据四旋翼飞行器的结构及其飞行原理,建立了飞行器的惯性坐标系和物体坐标系,在此基础上根据其动力学特性建立了飞行动力学模型;与此同时,笔者采用基于趋近率的滑模变结构控制方法,在满足李雅普诺夫稳定条件下进行控制器设计;最后在给定参数的基础上,利用SIMULINK对所设计控制器进行控制仿真。     

基于趋近律滑模的四旋翼飞行器姿态控制

针对存在扰动因素影响下的四旋翼飞行器姿态控制问题,设计一种基于趋近律滑模的四旋翼飞行器姿态控制器.首先,通过对螺旋桨的受力分析建立四旋翼飞行器的动力学系统模型.然后,为了实现系统姿态的稳定跟踪控制,采用趋近律滑模控制方法设计控制器,同时应用Lyapunov稳定性分析方法对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,通过数值仿真验证了所设计控制方法的有效性.     

防空雷达螺旋桨飞机回波JEM特征的模型与分析

为了从防空雷达实际回波中提取可识别的喷气发动机调制(JEM)特征,建立了适用于防空雷达实际的JEM参数模型。在理想螺旋桨飞机JEM模型的基础上,讨论了实际螺旋桨飞机结构和飞行姿态对JEM特征的影响和防空雷达有关参数对JEM特征的限制,并用实际螺旋桨飞机和防空雷达参数对该模型进行了仿真分析,再通过分析不同飞行姿态螺旋桨飞机实际回波的JEM特征验证了该模型。结果表明:JEM周期特征只取决于桨叶数量和转速,能可靠地从防空雷达回波中提取出来,而JEM其它特征与飞机结构、飞行姿态和雷达参数有较复杂的关系。     

基于ROS的自主多旋翼飞行器视觉导航系统

 针对在GPS信号缺失的环境下多旋翼飞行器的定位和自主飞行问题,构建了一个基于视觉导航的多旋翼无人飞行器控制系统。采用目前流行的pixhawk飞行控制模块和单目视觉定位算法,基于机器人操作系统（ROS）构建了通信网络系统,并选用一个低功耗的机载主控计算机实时地在板运行该系统。测试结果表明,搭建的无人飞行器平台能实现较精确的视觉定位和自主飞行。     

基于视觉的多旋翼无人机定位与地图构建

 在缺乏GPS 等定位方式的未知环境中,采用视觉的方法对多旋翼无人机定位导航与地图构建逐渐成为该领域研究的热点,本文针对无人机的视觉定位与地图构建技术方法进行综述。首先,分析了两种自主飞行控制方式的优缺点,指出设计的要求和难点;其次,研究无人机定位与地图构建的不同视觉方法,对几种方法特点进行分析并总结研究现状;最后,讨论多旋翼无人机视觉控制的发展趋势。     

基于有限元的多转子串联轴系扭转振动特性分析

以石化行业中典型三机组为对象,采用有限元方法分析了多转子串联轴系扭转振动特性.应用Dyrobes软件,采用积木式建模思想,构建了典型三机组扭转振动有限元实体模型,并分析了轴系扭转振动的Campbell图以及临界转速与振型等特性,结果表明多转子串联轴系的扭转共振临界转速点有效地避开了工作转速的±10%,以及二倍频与各阶临界转速的交点均不在工作转速安全裕值范围内,符合API工程标准.该方法建模简单、直观,可为多转子串联轴系转子的设计及机组安全运行提供理论及技术支持.     

多连杆混联仿生腿式起落架设计与着陆实验研究

针对垂直起降飞行器对着陆场地的硬度及平整性要求高、传统起落架智能化程度低的问题,设计了一种基于多连杆混联机构的仿生腿式地形自适应起落架。本文首先针对单腿的设计构型进行驱动力矩分析与机构优化,在此基础上完成结构设计。其次基于设计构型提出了相应的驱动与运动控制算法,建立控制系统,并针对四腿机构进行着陆仿真。最后以多旋翼无人机为对象,设计了一套仿生起落架系统,与多旋翼无人机形成了整体的验证平台,实现地形识别-飞控-多腿控制融合设计,完成了搭建结构化地形的自适应着陆实验。研究结果表明,多连杆混联式仿生起落架设计方法可应用于垂直起降飞行器起落架的设计中,可完成设计载重的斜坡、台阶、凹凸地面等复杂地形的着陆,具备自适应着陆的能力。     

基于开源软件的无人机飞行仿真

飞行控制算法设计和仿真是无人机研制的关键步骤。为了缩短无人机飞行控制算法设计周期和试验成本,本文对无人机纵向和侧向控制算法进行了设计,并基于开源软件开发了固定翼无人机可视化的飞行仿真系统,对飞行控制算法进行仿真实验。仿真结果显示,飞行仿真系统实时且直观,通过对飞行仿真试验数据的综合分析,验证了飞行控制算法的有效性,该飞行仿真系统可广泛应用于无人机飞行控制算法的仿真验证。     

计算多转子系统临界转速的整体传递矩阵法

提出了整体传递矩阵法中耦合单元的概念，导出了各向同性和各向异性耦合单元的传递矩阵，并给出了几个算例。整体传递矩阵法是取各转子状态向量的集合作为系统的状态向量，各转子同时对系统状态向量进行传递，求得多转子轴系的整体传递矩阵方程，代入整体边界条件进行求即可得到多转子轴系的临界速。与子结构传递矩阵法相比，整体传递矩阵法不必将多转子系统在耦合单元处分割开来，示引入未知内力和位移，也不必建立分割处的平衡方程或变形协调条件。     

某型涡轴发动机试飞平台设计及试验验证

为了满足某型全数控涡轴发动机它机领先试飞的技术需求,在分析研究某型战术通用直升机电气、动力、燃油、环控等设计图纸基础上,并对照涡轴发动机全数控系统的装机特点,通过试飞平台建设总体方案论证、各系统方案详细设计及相关产品的研制、试验验证等环节,中国首次成功实现了在机械液压控制的直升机上搭建全数控涡轴发动机它机试飞平台.设计...     

基于Matlab的飞行器系统动态特性分析

以Ecolifter为参考模型,推导适用于Matlab的飞行器系统运动数学模型.利用Matlab科学计算平台,求解飞行器运动方程,分析飞行器系统的动态稳定性,求解传递函数和过渡过程响应,研究飞行器设计参数对动态特性的影响.与传统的动态特性分析方法相比,利用Matlab分析飞行器系统动态特性更为简便,一体化设计程度提高.     

基于半自主导航与运动想象的多旋翼飞行器二维空间目标搜索

提出一种脑-机接口系统实现多旋翼飞行器室内二维空间目标搜索.系统由半自主导航与决策子系统组成.半自主导航子系统用于为决策子系统提供可行飞行方向并实现多旋翼飞行器半自主避障.决策子系统采用互相关方法与逻辑回归方法完成运动想象的脑电特征提取与分类.实际的室内目标搜索实验验证了使用该系统是可行且有效的.相比其他方法,减少了被试者负担,降低控制难度,控制精度约提高 ±10 cm.     

民用飞机试飞任务需求管理技术研究与实现

针对民用飞机进行试飞时对于各种复杂前置条件的管理需求,提出了一种基于设计需求的试飞需求定义和管理方法。该方法充分考虑了飞机的设计特点和试飞执行过程中需关注的各种因素,采用需求管理的概念,开发一种与民机研制相匹配的试飞需求管理工具,以保证试飞过程管理的科学性和高效性。