微型飞行器系统设计

微型飞行器设计简介，南京航空航天大学微型飞行器研究中心，微型飞行器控制系统设计，飞行动力学建模飞行动力学特性分析控制系统设计信息传输系统设计能量和电力系统设计，MAV飞行动力学建模，中心运动学方程中心运动学方程中心运动学方程旋转运动方程旋转运动方程旋转运动学方程，MAV飞行动力学建模，考虑螺旋桨滑流的影响的MAV质心运动方程轨道坐标系下的中心动力学方程，轨道坐标系下的中心运动学方程，MAV飞行动力学建模，MAV围绕质心旋转动力学方程，MAV围绕质心旋转运动学方程，考虑螺旋桨滑动流作用的MAV旋转运动方程，MAV飞行动力学建模， ，运动的模态特征可以用特定数量的特征参数完全表示。振动运动模式特征可以描述为衰减比、固有频率、频率、周期、半衰期或背真期。单调运动模态特征可通过选择半衰期或背斜器来说明，其中，当MAV受到干扰时，垂直运动响应主要是攻击角度变化，水平横向运动响应主要是侧面滑动角度变化。，MAV非线性飞行动力学特性研究，基于随机初始状态的MAV飞行数值模拟，模拟数据分析，获得该状态的MAV相应飞行质量，对飞行包络范围的MAV飞行质量分析，特定步骤：获得精确的数学模型，基于MAV数学模型的飞行动力学总体状态特性分析方法，MAV 基于MAV数学模型的飞行动力学整体状态特性分析方法、基于MAV非线性飞行动力学特性研究、基于 MAV数学模型的飞行动力学整体状态特性分析方法、MAV非线性飞行动力学特性研究、结果：MAV飞行控制和导航系统设计、飞行控制和导航系统结构MAV飞行控制和导航系统设计、MAV导航系统、MAV飞行控制和导航系统设计、MAV导航系统、MAV导航系统方案、MAV飞行控制和导航系统设计、MAV导航系统、MAV导航系统结构、MAV导航系统结构、MAV飞行控制和添加陀螺漂移进行补偿，构成状态矢量，漂移是随机变量，三轴加速度计测量值，GPS数据获取加速度，姿态测量系统设计：卡尔曼基于过滤器的多传感器组合测量姿势，测量空间模型，两个加速度之间的关系基于GPS信号的MAV导航信息提取、可靠性、实时、纯惯性导航的MAV导航信息提取、基于气压传感器信息的MAV导航信息提取、位置、测速姿态测量系统设计：多传感器导航信息优化、优化原理、GPS信息有效时测量精度也符合MAV导航要求，在综合导航中，纯惯性导航方法的权重也应随着工作时间的增加持续减少，基于空气速度计和高度计信息的导航算法的有效性随外部风速的增加而减少，飞行攻角和侧滑角的增加也减少。位置，速度测量姿态测量系统设计：多传感器导航信息优化，组合算法获取MAV中心位移速度，权重系数：位置，速度测量姿态测量系统设计：多传感器导航信息优化不同种类不同布局形式的小型飞机在操作方式上有很大的差异。但是小型飞机的飞行控制相关的控制思想和控制原理又是一致的。微型飞行器飞行控制原理，控制基本思想：反馈理论的要素由三部分组成：测量、比较和执行。测量关注的变量，与期望值进行比较，用这个误差修正调整控制系统的响应。控制的核心是在与正确的测量进行比较后如何更好地校准系统。微型飞行器飞行控制法，飞行控制法，即飞行控制系统形成控制命令的算法。飞行控制法描述了受控状态变量与系统输入信号的关系。飞行控制法是确定小型飞机的工作方式，以消除实际值和期望值之间的差异，如果小型飞机的飞行状态测量正确，则与期望值进行比较。微型飞行器飞行控制法、目前微型飞行器飞行控制法设计中广泛使用了PID控制方法、模糊控制方法等。以下以固定翼小型飞机俯仰姿态控制为例，介绍了各种飞行控制方法。微型飞行器飞行控制法、PID控制PID(比例积分-微分)控制器是50多年来最实用的控制器，是至今使用最广泛的工业控制器。PID控制器是最常用的控制器，因为它简单、易于理解、不需要精确的系统模型等前提，也广泛用于小型飞机飞行控制。使用PID控制时，只需设置三个参数：Kp、Ki和Kd。在很多情况下，不一定需要全部三个单元，可以聚合其中一两个单元，但比例控制单元是必须的。微型飞行器飞行控制法，比例(p)控制控制器的输出与输入错误信号成比例。如果只有比例控制，则系统输出中存在正常状态错误。在积分(I)控制积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比。比例积分(PI)控制器，使系统进入正常状态时不会出现正常状态错误；在差分(d)控制差分控制中，控制器的输出与输入错误信号的精细分割成正比。自动控制系统在克服误差的调整过程中可能会发生振动或不稳定性。增加微分可以预测误差变化趋势，因此，具有比例微分的控制器可以提前使误差抑制控制为零或负数，从而避免控制卷的严重溢出。微型飞行器飞行控制法，微型飞行器飞行控制法，俯仰姿态控制(比例-微分控制)，参数：kP，kD，动态模型分析，人员调试经验，P，D，微型飞行器飞行控制法，模糊控制模糊控制是基于模糊数学基本思想和理论的控制方法。特征：微型飞行器飞行控制法，模糊控制台操纵微型飞行器时，观察微型飞行器的飞行姿势和轨迹，以控制其飞行。操作员在获取观测资料时积累的知识和操作经验为基础，做出决策，并采取适当的控制措施。显然，这种决策过程不是通过精确的定量计算，而是依靠定性或模糊的知识。微型飞行器飞行控制法，模糊控制，例如垂直姿势控制，操作员只认识到垂直姿势的概念程度，例如“俯仰角度很大”，他使用这个概念已经与头部的控制经验和模式相匹配，可以得到“俯仰角度很大”的推论，“俯仰角度太大，推杆更大”的推论。微型飞行器飞行控制法、模糊控制微型飞行器模糊飞行控制法设计阶段：编制微型飞行器状态参数和控制量的模糊集，根据一定的模糊规则确定模糊控制表，根据模糊关系进行模糊运算，将相应的模糊控制量转换为根据特定的模糊消除规则的精确数字，根据不同状态参数的组合获得控制量，模糊控制面图、微型飞行器飞行控制法、模糊控制固定翼微型飞行器俯仰姿态的模糊，微型飞行器飞行控制法，模糊控制以一定范围的精度模糊集对状态参数(俯仰角度偏差、偏差变化率)和控制量(斜顶偏转角度)，设置状态参数和控制量，模糊集PL，PM，PS，ZO，NS，NM，NL，微型飞行器飞行控制法、模糊控制建立了模糊规则表，并根据获得模糊关系的人操作经验，总结了不同状态参数下控制量相结合的模糊规则表。根据每个推理规则查找相应的模糊关系，并根据模糊关系合成规则建立总模糊关系。根据微型飞行器飞行控制法、模糊控制法、模糊控制法、微型飞行器飞行控制法、模糊控制法、特定消歧规则，可以得到模糊控制转换为精确值、模糊控制表面图、任意俯仰角度偏差和偏差变化率组合的相应控制输出。在实际飞行中，根据每个时刻的状态参数，可以实时获得直接对应于控制规则表的控制动作。在脱机状态下，可以根据实际情况检查控制规则表，对其进行修改以符合实际控制要求。必须根据微型飞行器飞行控制法、复杂飞行控制任务、控制对象特性的巨大差异、PID方法、模糊控制法或其他控制方法的实际选择，设计微型飞行器飞行控制法。微型飞行器和部分飞机的重要区别在于，微型飞行器必须始终与地面站保持信息交互，地面站必须具有微型飞行器的实时监控和实时控制功能。微型飞行器测控和信息传输系统进行了微型飞行器的远程控制、遥测和图像信息的实时监控、记录和分发工作，其运行状态、可靠性和稳定性直接影响微型飞行器工作的完成。微型飞行器信息传输系统的主要功能，微型飞行器信息传输系统包括：机载信息传输系统地面测控系统、微型飞行器信息传输系统的组成、机载信息传输系统、微型飞行器系统数据链的机载部分如下：机载数据终端机载数据终端用于将远程控制接收机、发射机和接收机和发射机连接到系统的其他部分的调制解调器。天线天线通常使用全向天线，有时需要有增益的定向天线。机载信息传输系统、机载信息传输系统的工作主要分为上行链路信息的处理和下行链路信息的处理。机载信息传输系统，机载上行链路信息处理：机载远程控制天线接收地面远程控制信息时，通过收发前端放大和解调、机载编解码电路向航空飞行控制计算机发送数据，并可以执行微型飞行器的飞行控制命令。机载信息传输系统，机载下行信息处理：下行信息由两部分组成，部分是微型飞机飞行信息，如飞机姿态、位置、飞行速度等；另一部分是任务信息(例如侦察视频图像)。为了确保实时视频传输，需要对图像进行数字压缩处理。遥测数据和视频数据形成、编码、调制遥测帧数据流，然后放大，由机载全向天线发射。机载信息传输系统、微型飞行器通常对飞机设备具有严格的重量和体积限制，要实现高集成机载信息传输功能，在设计中必须采取以下措施：全数字扩压器、解调技术、单板PCB完成集成和提高可靠性；模块所有部分的电磁兼容性设计；合理分配、布置天线，提高传输距离；简化的界面设计，添加每个界面检测功能。地面测控系统、地面测控系统是人类-机器之间的信息交互设备，同时进行上行链路和下行链路信息传输工作。与人操纵的飞机不同，通过地面上的人机交互控制飞机的就是小型飞机。、地面测控系统、地面测控站功能：远程控制命令的实时传输、处理和显示在地面终端上；微型飞行器飞行状态遥测数据的实时接收；工作视频图像中传入数据的实时处理、显示和记录；在地图背景下实时绘制微型飞行器轨道。临时上传人员控制命令。远程控制，实时存储遥测数据；根据地面测控系统、系统组件地面测控系统工作功能要求，系统必须至少具有以下三个组件：信息接收部分，对小型飞机进行信息接收(状态，包括轨道)；提供键盘、手柄等操作平台的控制部分，使地面工作人员能够实时控制飞机并执行任务；具有实时显示飞行状态和相关参数、绘制微型飞行器的轨道、实时显示微型飞行器返回的视频图像信号和存储备用设备的作用的显示部分。地面测控系统、地面测控系统设计要求地面测控系统必须具有良好的人机界面和方便灵活的工作方式。测量和控制系统显示界面必须至少由两部分组成。一种是图形图像显示内容，包括带有背景地图的轨道显示、飞机态度的模拟显示、地面相机的视频显示等。其他部分是飞机飞行状态参数，如飞机姿势、飞行高度、飞行速度、航向、位置和参数更新。还有传感器参数，如陀螺、加速度计、磁力仪、卫星接收器信息等，它们也包括能量、引擎、工作设备的检测信息。地面测控系统、地面测控系统设计要求地面测控系统必须具有良好的人机界面和方便灵活的工作方式。微型飞行器简单灵活的命令远程控制主要由地面测控装置的硬件键或手柄组成，包括起飞、上升、飞行、转弯、下降、着陆、返回、加速、减速等起飞前自检(电源、伺服、工作装置、变速器、功能切换等)。地面测控系统、地面测控系统设计要求考虑到微型微型飞行器的便携性、经济性和其他要求，可以通过便携式计算机、地面收发信息模块和远程控制器设计地面测控站，如下图所示。小型飞机的主要要求如下：轻便小，工作比例大，起步容易，可靠性高；也有低噪音、小振动、小电磁干扰等特殊要求。目前对小型飞机动力装置程序已经使用和研究的动力装置包括电动机驱动的螺旋桨、内燃机驱动的螺旋桨、小型涡轮喷气发动机、人工肌肉等。目前，电动机驱动螺旋桨是考虑小型飞机使用条件和各种动力装置的技术可行性时最常用的设计。小型飞机动力装置、马达和小型飞机可用的马达目前有两种。换句话说，如果使用带有笔刷马达的笔刷一定次数，笔刷就会磨损，需要更换笔刷。目前有两种类型的马达