飞行器姿态控制实验

飞行器制导实验,飞行器控制实验教学中心,实验设备,设备概述,由深圳市元创兴科技有限公司设计制作的飞行器姿态控制实验系统，它采用通用运动控制器和PC机作为控制系统平台，提供了一个开放的研究平台。该系统主体由一个小型三轴转台、控制箱和控制用计算机组成，配备有导引头-十字靶标模块、惯性测量单元模块、带舵机和尾翼的超小型导弹模型模块等三个可供选择模块。,系统结构图,实验设备,1,转台,小型三自由度转台,该转台是一种教学用测试飞行仿真台。由机械台体与测控系统两大部分组成，台体采用U-U-T结构形式。具有位置、速率、摇摆和仿真运动功能；可用于各类飞行器目标特性（天线、光学）飞行控制系统仿真试验。转台的3个轴均采用直流力矩电机+增量式光电编码器控制。外环(X轴):H90LYX03，编码器为10000线。中环(Y轴):H70LYX01，编码器为10000线。内环(Z轴):45LYX02，编码器为10000线。,2,导引头(摄像头),实验设备,感光元件：CMOS元件象素：500万最大帧频：60FPS镜头：高清五玻镜头对焦方式：手动对焦范围：30mm-无限远传输接口：USB2.0产品特性：内置有弱光增益技术,3,惯性测量单元,实验设备,惯性测量单元采用ANGLOGDEVICES公司的IMU组件ADIS16365。,三轴陀螺仪ADIS16365,ADIS16365Sensor是一款完整的三轴陀螺仪与三轴加速计惯性检测系统。这款传感器结合了ADI公司的MEMS和混合信号处理技术，提供校准的数字惯性检测，是高集成度的解决方案。通过SPI端口可以访问下列嵌入式传感器：X、Y和Z轴角速率；X、Y和Z轴线性加速度；内部温度；电源；以及辅助模拟输入。惯性传感器在各个轴上执行精度对准，并对失调和灵敏度进行校准。,4,导弹模型,实验设备,导弹模型REI-MISSSILE,本导弹模型共有4个(2对)尾翼，尾翼角度可调整，由2个舵机进行控制。控制尾翼的舵机采用串口发送命令方式进行控制。舵机旋转角度范围为0180。舵机由舵机专用控制板进行控制，每块舵机板能同时控制多达16路舵机，本实验系统控制导弹尾翼的舵机分别连接控制板的第一路和第二路。,移动靶标模块REI-DRONE,靶标的移动部分采用极坐标运动方式，转动关节采用步进电机驱动，半径变化采用线型LED亮度变化来实现。靶标采用LED进行导引头识别，可以通过串口发送命令控制点亮任一LED。步进电机步进角为1.8，驱动器进行200细分。即发送40000脉冲步进电机旋转一圈。,运动控制器ADT-8940A1,ADT-8940A1运动控制卡，是基于PCI总线的高性能四轴伺服/步进控制卡，一个系统中可支持多达16块控制卡，可控制64路伺服/步进电机，支持即插即用，采用脉冲输出方式。,一块ADT-8940A1卡有二个输入/输出接口，其中J1为62针插座，J2为37针插座。J1为X、Y、Z、A轴的脉冲输出、开关量输入和开关量输出OUT0-OUT11的信号接线；J2为X、Y、Z、A轴的编码器输入和开关量输入的信号接线，以及开关量输出OUT12-OUT15信号的接线。分别用62PIN线和37PIN线将运动控制卡(插在PC机的PCI插槽中)与控制柜连接起来。可使用运动控制卡的DEMO程序来测试运动控制卡的各项功能。,电机驱动器MLDS3810,系统选用的伺服驱动是MLDS3810直流伺服驱动器。接收来自ADT-8940A1运动控制卡的PWM和DIR控制信号。控制模式有三种：速度模式、位置模式以及采用步进模式。本系统采用步进模式。可通过串口，采用伺服运控管理系统来进行参数修改。,实验目的,实验要求,实验要求,注意事项,使用前请仔细检查连线。跟踪过程中在让靶标运动过程中，最好靶标速度不要超过20度每秒。LED灯变化速率要大于0.8秒。控制柜应该保持良好接地，实验室场地必须提供接地良好的电源输入。遵循“先弱电、后强电”的步骤，开机时先开启PC电源，再开启控制箱的电源；关机的顺序相反。在转台控制箱电源打开的情况下，不要打开控制箱，不要带电操作。此种情况可能会导致灼伤或触电。伺服上电操作后，转台已经处于待运动状态，任何非法操作，都可能引起转台的运动。因此在系统上电以前，请确认所有人员均不在转台工作空间范围内。在系统动作时，所有人员不得进入系统的运动范围内。使用控制软件操作转台时，应该确保在发生紧急情况时能够快速通过控制箱上急停按钮切断电机电源。任何实验开始之前转台一定要先进行回零动作!在进行系统连线、拆卸与安装前，必须关闭系统所有电源。系统运行时严禁将手或身体的其他部位伸入转台运动部分。摄像头不用时，镜头盖要盖上,实验内容,实验内容,1,导引头跟踪目标模拟实验,导引头跟踪目标模拟实验,精确制导,精确制导系统由导引系统和控制系统组成。其中，导引系统一般包括探测设备和计算变换设备。其功能是测量制导武器与目标的相对位置和速度,计算出实际飞行弹道与理论弹道的偏差，给出消除偏差的指令。而控制系统则通常由敏感设备、综合设备、放大变换装置和执行机构(伺服机构)组成。其功能是根据导引系统给出的制导指令和制导武器的姿态参数形成综合控制信号，再由执行机构调整控制制导武器的运动或姿态直至其命中目标。,精确制导系统组成,导引头跟踪目标模拟实验原理,实验步骤,1、检查电源线、数据线是否安装正确。2、将摄像头用螺丝固定在内环上，将摄像头的USB线连接至PC机的USB口。2、用串口延长线(直连线)将控制柜后面控制LED灯的串口与PC机的串口(COM1口)连接。3、将背景布布置在靶标的后面。4、打开控制箱后面板的电源总开关。打开电控箱电源，解除急停，按下启动按钮。半旋转按下控制箱前面板的系统上强电按钮（右边红色按钮），此时红色指示灯亮，然后按下电机上伺服按钮（下边绿色按钮），此时绿色指示灯亮。5、启动计算机，运行MATLAB软件，在C:MATLAB7workReinovo_Matlab下，点击运行Reinovo_PT.fig，则弹出控制界面图,控制柜接口定义,实验步骤,现场联机调试图,实验界面,主界面,实验步骤,6、点击“视觉跟踪系统”按钮就可以进入该实验的控制界面。7、各个实验每次实验前都需要先初始化。主界面的左上角菜单项包括FILE和TOOL。TOOL子菜单用来初始化系统硬件，点击TOOL菜单，按照顺序依次单击：运动控制卡初始化；视频摄像头初始化；LED灯初始化。,实验步骤,8、转台工作之前都需要进行回零操作。使点亮的LED刚好位于图像的中心位置。若点亮的LED灯不是第24号灯，可以用运动DEMO程序控制第24号LED灯点亮。9、若回零后摄像头不是正对着第24号LED灯(这样可以保证点亮的LED刚好位于图像的中心位置)，可以修改回零时遇到限位开关后各个轴的相对偏移量。10、点击LED变化，点击“靶标移动”按钮，选择靶标静止状态。点击“开始跟踪”按钮，程序将跟踪LED变化，始终保持点亮的LED灯位于图像的中心位置。,实验步骤,11、在控制方式选择模块中对LED灯进行设置，在LED框输入任意一要点亮的灯号（148），比如“3”号灯，点击“LED”按钮，3号灯就被点亮。再点击“开始跟踪”按钮，系统开始遵循控制方案让转台跟踪目标点运动。注：LED灯起始灯号为24号灯，LED变化速率为1秒（应不小于最小值1秒）。可以看到左边的坐标轴中会显示当前摄像机返回的图像，可以看见目标点。坐标图像显示区域则显示目标实时位置，观察图中曲线走势，绿色为俯仰角度，红色为偏航角度。12、在控制方式选择模块中对靶标进行设置。点击“靶标移动”按钮，选择靶标移动状态。靶标顺时针方向旋转，靶标转动速度设定在1度每秒（不超过最大值15度每秒）。点击“LED”按钮，再点击“开始跟踪”按钮，系统开始遵循控制方案跟踪目标点运动。实验结束，关闭程序，关闭电控箱，最后关闭主机。认真完成实验并提交实验报告。,实验效果图,导弹姿态运动模拟演示实验,实验原理,导弹的飞行姿态和动态特性可以由三轴飞行仿真转台来模拟。三轴飞行仿真转台的空间结构示意图如图1-8-5所示，此时三个轴是相互正交关系。三个轴由外至里依次是：方位轴(a)、俯仰轴(e)和横滚轴(r)，横滚轴框架固定在俯仰轴框架内，俯仰轴框架固定在方位轴框架内。方位轴的运动用来模拟导弹的偏航运动，俯仰轴的运动用来模拟导弹的俯仰运动，横滚轴的运动用来模拟导弹的滚转运动。这样，三轴飞行仿真转台就实现了对导弹姿态运动动态特性的模拟。,图5-11三轴飞行仿真转台结构示意图,实验步骤,1、检查电源线、数据线是否安装正确。2、将摄像头用螺丝固定在内环上，将摄像头的USB线连接至PC机的USB口。2、用串口延长线(直连线)将控制柜后面控制LED灯的串口与PC机的串口(COM1口)连接。3、将背景布布置在靶标的后面。4、打开控制箱后面板的电源总开关。打开电控箱电源，解除急停，按下启动按钮。半旋转按下控制箱前面板的系统上强电按钮（右边红色按钮），此时红色指示灯亮，然后按下电机上伺服按钮（下边绿色按钮），此时绿色指示灯亮。5、启动计算机，运行MATLAB软件，在C:MATLAB7workReinovo_Matlab下，点击运行Reinovo_PT.fig，则弹出控制界面图。,实验步骤,主界面,实验步骤,点击“运动DEMO”按钮就可以进入该实验的控制界面,实验步骤,7、各个实验每次实验前都需要先初始化。主界面的左上角菜单项包括FILE和TOOL。TOOL子菜单用来初始化系统硬件，点击TOOL菜单，按照顺序依次单击：运动控制卡初始化；视频摄像头初始化；LED灯初始化。8、转台工作之前都需要进行回零操作。使点亮的LED刚好位于图像的中心位置。若点亮的LED灯不是第24号灯，可以用运动DEMO程序控制第24号LED灯点亮。9、在控制方式选择模块中对步进电机进行设定，输入10。主轴控制中输入：x=10,点击“一轴运动”，观察转台转动状态；输入：y