植保飞行器的设计与实现

目的 探究四旋翼飞行器在飞行中实现一键起飞、平稳飞行和准确降落等。方法 基于openmv进行飞控视觉识别和陀螺仪MPU6050姿态角度解算。控制系统采用全闭环控制,通过前视和下视摄像头完成视觉识别,速度为主高度为辅的调节方式控制飞行器。结果 以第十五届全国大学生电子设计竞赛为背景搭建实验系统,经过多次调试与实验,飞行器能够实现在20 s内一键起飞、定点定高悬停和稳定飞行,在360 s内完成对指定田块的播撒作业,飞行器最大飞行速度可达6 cm/s,实际测得落地最大偏离距离为7 cm。结论 飞行器定高平稳飞行、定点降落控制算法可行。     

基于视觉的四旋翼飞行器智能识别规划方法研究

针对四旋翼飞行器系统中图像识别与航迹规划问题,提出了一种基于视觉的智能识别规划方法,并搭建了基于Linux嵌入式控制的飞行实验平台.在控制过程中,搭载云台相机并结合OpenCV库函数对相机捕捉到的画面进行实时图像处理,实现无人机的目标识别与定位;通过改进遗传算法对无人机飞行路径进行合理规划,使其完成从起点到终点并途经所有中间点而路径最合理的任务;结合Guidance视觉传感导航系统中的超声波数据,利用获取的近地面高度信息实现飞行器精确定位.最后,通过实验验证了该方法的有效性.     

基于多传感器的微型四旋翼室内自主悬停研究

针对微型四旋翼在室内环境下不能通过外部定位系统实现自主悬停的问题,给出一种基于多传感器的微型四旋翼自主悬停控制方法。采用四旋翼分布式多传感器构建环境信息检测系统,实时获取四旋翼飞行器姿态和相对位置信息;通过设计控制装置对飞行器姿态进行控制,实现自稳飞行;通过室内基站定位平台与光流传感器的速度反馈,实现水平方向位置控制;通过超声波、气压计融合,实现飞行高度控制,最终完成对四旋翼飞行器的室内空间位置控制,使飞行器能够在室内空间中的任何一点悬停,并仅在小范围内波动。通过自主悬停仿真研究验证了方法的有效性。     

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.     

视频跟踪四旋翼飞行器创新实验系统

提出了一种具有视频跟踪功能的四旋翼飞行器创新实验系统设计方案,通过搭建小型四旋翼无人机飞行平台和人机界面,使其能够将远程视频信号和传感器采集信号无线传输至上位机,结合数字图像处理技术与基于AVR单片机的电机控制、数据处理等功能,实现其自主飞行模式、预订高度悬停功能、飞行器的远程控制、视频信号处理和整体系统的无线通讯。     

多旋翼飞行器建模与控制器设计

随着各项技术的日趋成熟,多旋翼飞行器的控制器设计也愈发受到重视.为了使四旋翼飞行器在复杂环境下可以进行稳定的飞行,设计了四旋翼无人机飞行器的控制器,根据实际情况对数学模型进行简化,建立了一个四旋翼飞行器运动的数学模型;在Simulink中搭建比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制模型,实现串级PID控制,通过调整PID参数,初步实现了使其稳定飞行的目标.通过在Simulink上搭建系统模型并最终得出仿真结果,证明飞行器的姿态和位置都得到了稳定的控制.     

基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,设计并搭建了四旋翼无人机的硬件飞行控制平台.该平台采用自行组装的四旋翼飞行器作为本体,航向姿态参考系统(AHRS)MTi-G单元作为主要机载传感器,ARM嵌入式系统芯片作为主控制器,AVR单片机作为超控单元.基于四旋翼无人机的非线性动态模型,采用内外环结构的PD控制算法,构造了无人机的位置与姿态跟踪控制器.实现了四旋翼无人机滚转角、俯仰角和水平纵向、横向位置共四个自由度的自动控制.实验结果表明,本文提出的机载控制系统设计取得了较好的飞行控制效果.     

基于惯性光流的多旋翼飞行器地形跟踪

为解决目前多旋翼飞行器光流技术存在的定位精度低与多相机数据处理过程繁琐等问题,本文应用金字塔层数自适应的Lucas-Kanade算法获取平移惯性光流以实现多旋翼飞行器稳定地形跟踪。下视球面相机获取多纹理的目标平面图像,同时将目标平面特征点动态映射至相机镜头表面;将比对两帧连续时刻图像后获取的平移光流作为非线性地形跟踪控制器的反馈,实现多旋翼飞行器地形跟踪与避免碰撞。10次室内实际飞行测试结果表明,不同地形变化区域的高度误差分别为±3 cm与±6 cm,验证了该控制器是稳定可行的。     

基于光流传感器的四旋翼飞行器设计

采用Texas Instruments公司的TM4C123GH6PM单片机作为四旋翼飞行控制系统和光流数据处理的核心单元,将九轴传感器MPU9250的陀螺仪、加速度计和磁力计经姿态解算后的角度数据作为飞行控制系统的飞行姿态反馈,超声波传感器所测量的高度数据作为飞行高度反馈,优象光流传感器所输出的位置数据作为位置反馈,设计了一款新型四旋翼飞行器.实验结果表明,该四旋翼飞行器自主导航系统可以实现室内自稳、定高和定点飞行功能.     

基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统

针对四旋翼无人机跟拍过程中视角固定,易丢失目标的问题,设计了一种基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统。首先,使用云台相机对地面移动目标进行拍摄,通过对目标的颜色特征和形状特征进行检测识别,使用核相关滤波( KCF: Kernel Correlation Filter) 方法进行视觉跟踪,得到地面移动目标在图像坐标系的位置。然后,通过建立针孔模型,解算出在云台相机带有俯仰角时的无人机与地面目标的相对位置关系。最后,设计了离散串级比例-积分-微分( PID: Proportion-Integral-Differential) 踪控制器,实现对无人机的位移控制,使四旋翼无人机可对地面移动目标进行稳定跟踪。同时设计了串级比例-微分( PD: Proportion-Differential) 控制器以实现云台相机的视角跟踪,增大了无人机的跟踪范围,降低了丢失目标的风险。实验结果表明,所设计的四旋翼无人机跟踪控制系统可实现对地面移动目标的稳定跟踪。     

四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,对四旋翼飞行器进行了动力学建模,并在动力学建模的基础上设计了PID控制器.通过Matlab/Simulink仿真和飞行试验对所设计的PID控制器的有效性进行了验证,仿真结果表明:在所设定的PID参数下,控制器可以有效地完成四旋翼飞行器的自稳定控制.飞行试验结果表明:PID控制器可以有效地校正由于杂乱气流等扰动造成飞行角偏移.该成果对四旋翼飞行器的自稳定控制具有一定的参考价值和指导意义.     

基于CFFCA的全驱动五指灵巧手抓取研究

为精确控制灵巧手对目标物体的抓取,针对灵巧手对目标物体的抓取控制实时性不高的问题,设计了全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I。分析了单根手指的正运动学与逆运动学,提出了接触力反馈控制算法( CFFCA: Contact Force Feedback Control Algorithm) ,利用压力传感器的反馈值,实时控制灵巧手和目标物体之间的接触力,并且详细描述了灵巧手的强力抓取和精确抓取两种抓取模式。在全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I 上的实验证明,在两种抓取模式下该算法对两种尺寸的目标物体实现抓取控制是可行的。利用提出的接触力反馈控制算法可控制全驱动灵巧手和目标物体之间的接触力,实现灵巧手对不同大小的目标物体的稳定抓取操作,实验结果表明,该算法实时性较好,有很高的灵巧性,具有应用价值。     

飞行成绩评定及管理系统

在飞行训练中，需要客观考核飞行员的飞行技术，监控飞行质量。依据训练大纲及某型飞机机载飞行参数记录仪的飞行数据，结合人工判分经验，研制开发了飞行成绩自动评定及管理系统。经大量飞行数据检验表明：该系统能对飞行成绩及相关飞行信息进行全自动管理，能快速、准确评定飞行成绩，评定时间为原来人工评定的十二分之一，并完全满足评定误差的要求。     

光强自助校准的太阳能电池 J-V 自动测试系统

为解决现有太阳能电池测试系统结构复杂、价格昂贵和使用不便等问题,研制了一种具有光强自动校准功能的太阳能电池 J-V( Current Density-Voltage) 特性测试系统,能实现多个太阳能电池器件的自动测 量。系统由计算机及测试软件、数字源表 Keithley2400、输出功率为 500 W 的氙灯光源及其驱动电源、多器件自动 切换及其测量电路、标准光电二极管组成的光电流测量电路及光强校准电路、氙灯工作时长测量电路等模块构成,上位机测试软件采用 Visual Basic 语言编写。测试软件依据在标准光电二极管测到的光电流,并通过单片机控制的调光电路输出相应的直流电压到氙灯驱动电源,实现了氙灯光强的自动校准和标准100 mW /cm2 AM1． 5太阳光谱的输出,同时测试软件通过数字源表和多器件自动测量电路分别测得各器件的 J-V 特性,并计算出器件的效率等参数。测试结果表明,该系统达到了既定的设计目标,具有成本低、自动化程度高且使用方便等特点。     

联合光流技术和区域轮廓模型跟踪运动目标

研究了飞机在天空飞行图像中的飞机跟踪问题．在分析飞机在天空飞行图像特点的基础上，提出了联合光流技术和区域轮廓模型跟踪运动目标的方法．首先，对图像进行高通滤波预处理，提取一些高亮度的斑点，获得运动目标的特征图像；然后用特征图像求解运动目标的光流，以光流对运动区域进行分割，获得运动区域的中心和半径，以该中心和半径的圆作为水平集的初始曲线；再采用Songand Chan方法快速检测运动目标的边缘．实验证明，该方法能够快速、准确地自动跟踪运动目标．     

联合光流技术和区域轮廓模型跟踪运动目标

研究了飞机在天空飞行图像中的飞机跟踪问题.在分析飞机在天空飞行图像特点的基础上,提出了联合光流技术和区域轮廓模型跟踪运动目标的方法.首先,对图像进行高通滤波预处理,提取一些高亮度的斑点,获得运动目标的特征图像;然后用特征图像求解运动目标的光流,以光流对运动区域进行分割,获得运动区域的中心和半径,以该中心和半径的圆作为水平集的初始曲线;再采用Song and Chan方法快速检测运动目标的边缘.实验证明,该方法能够快速、准确地自动跟踪运动目标.     

基于电压/频率转换的极简交流电压测量方法

为解决现有交流电压幅值测量方法中对模数转换器性能要求高、硬件电路复杂的问题,采用电压/频率 转换器将交流电压幅度信息调制成数字频率信号,通过分析数字频率信号,可计算出调制前的交流电压幅值。 推导出变换周期内电压/频率转换器的输出频率与输入交流电压幅值的数学关系; 在此基础上设计出仅含有电 压/频率转换芯片和一片双运放的交流电压幅值检测电路。实验结果表明,该方法正确,电路设计合理有效。 该方法利用数字频率信号易积分特性,将每个测试值均用于计算待测信号的幅度,提高了测试数据的利用率, 且简洁的电路设计提高了测量的稳定性。     

基于树结构的高维晶格编解码算法

高维调制作为一种新型调制格式,很好地解决了谱效率与功率效率之间的矛盾。但晶格编解码时间复杂度高带来的传输延迟,严重影响了高维调制技术在高速大容量光通信系统中的应用。针对此问题,笔者提出一种基于树结构的低复杂度高维晶格编解码方法,由晶格的分布规律构建树结构,通过树结构索引算法完成晶格编解码。该方法可以有效实现高维晶格编解码,当信噪比为16 dB 时,误码率可达到3． 1 × 10 － 4 ,同时可将点数为M 的晶格编解码复杂度由O( M) 降低为O( log M) ,并具有通用性。     

具有模数转换功能的数字电位器电桥电路

针对一般电桥测量电路的输出量为模拟信号的问题,提出了一种具有模数转换( A/D: Analog-to-Digital)功能的数字电位器电桥测量电路。该电路由数字电位器、微处理器、电压比较器等芯片组成,实现了转换速度为226 ～ 926 μs、测量相对误差小于0． 15% 的A/D 转换功能。经实验验证,该电路不仅能自动调节电桥平衡,还可实时测量且输出电桥可变电阻值或待测信号的数字量,该设计扩展了电桥的功能,省去一般采用电桥的电路系统中的A/D 转换芯片,简化了电路设计。