自动化驾驶系统使用说明书_电子版课件

1、 密级 CA2102CA2102 自动化驾驶系统自动化驾驶系统 使用说明书使用说明书编写/日期：校对/日期：审核/日期：批准/日期：（共 17 页）航天科工深圳（集团）有限公司电气研究院目 录1 简介.11.1 系统特色 .11.2 基本性能参数 .11.3 物理参数 .21.4 控制模式 .22 机载飞控系统.32.1 系统框架 .42.2 模块介绍 .42.2.1 飞控盒.42.2.2 GPS&磁罗盘 .52.2.3 参数记录仪 .53 地面站软件.63.1 系统最低配置 .63.2 软件介绍 .63.2.1 菜单栏 .63.2.2 工具栏 .73.2.3 HOME 点区.73.2.4 航

2、迹点区 .83.2.5 控制面板区 .93.2.6 数据显示区 .103.2.7 地图显示区.103.2.8 仪表显示区 .113.2.9 状态栏 .124 飞行操作步骤.135 异常情况处理.15航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 1 页 共 15 页1 简介CA2102 自动驾驶系统是一款集 GPS/INS 组合导航和自动飞行控制于一体的无人直升机控制系统，可以对无人直升机这类稳定性差、高度耦合的飞行器进行稳定可靠的控制，并实现自动导航飞行。1.1 系统特色 重量轻，功耗低，体积小； 使用简单方便，控制精度高； 集成 6 自由度 IMU、高灵敏度 GPS

3、、磁场计和气压高度计。采用带 GPS修正的 15 阶扩展卡尔曼滤波组合导航算法，确保姿态、速度、位置数据精度更高； 飞行控制采用 H鲁棒控制算法，环境适应性更强； 完全实现自主起飞和自动降落功能； 支持 6 种飞行控制模式：纯手动模式、自主起飞模式、增稳控制模式、航点飞行模式、自动返航模式、自动降落模式； 支持 Google Earth 地图，最多可设置 40 个航路点； 可设定多种安全保护模式。如通信中断自动返航、接收机信号丢失自动悬停； 飞行中可修改航迹规划点，目标航点可实时修改； 飞行过程中自动进行协调转弯控制。1.2 基本性能参数表 1-1 基本性能参数 悬停精度抗风能力水平方向2m垂

4、直方向1m4 级（5.5m/s7.9m/s）注：该参数是在微风（12 级）状态下的悬停精度，如若在风大的情况下，精度略为降低。航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 2 页 共 15 页1.3 物理参数 重量重量 尺寸尺寸 飞控盒：185 克； 飞控盒：120mm70mm60mm；GPS&磁罗盘：50 克； GPS&磁罗盘：100mm50mm30mm；参数记录仪：20 克； 参数记录仪：60mm40mm20mm； 使用环境使用环境 温度：-40+80； 湿度：5%95%（非结露） ； 电源电源 主电源：锂聚合物电池 5000mAh/12V；1.4 控制模式【纯手

5、动模式纯手动模式】系统保留了传统的手动控制模式，在这种飞行模式下，操控人员可将飞机作为普通遥控飞机进行操控，但要注意如果手动做过大机动动作后不宜切换到自驾模式飞行。【自主起飞模式自主起飞模式】在这种模式下，飞机将以 1m/s 的垂直速度爬升，到达设定高度（缺省为10 米）后，自动进入增稳控制模式。【增稳控制模式增稳控制模式】也称为速度控制模式，在这种模式下，用户可以使用航模遥控器、操纵手柄或地面站软件给直升机发送前后、左右、上下以及转向的速度命令，由机载飞控系统进行精确的反馈控制。航模遥控器和操纵手柄的各遥杆对应的命令速度如下：油门杆垂向速度俯仰杆前后速度滚转杆左右速度航天科工深圳(集团)有限

6、公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 3 页 共 15 页转向杆转向角速率 每个遥杆的中间位置都有10%的悬停区，当遥杆位置处于这段悬停区时，发出的命令速度全部等于零，飞控进行定点悬停控制。表 1-2 航模遥控器遥杆对应的最大命令速度前后左右上下转向10 m/s4 m/s4 m/s2m/s20/s表 1-3 操纵手柄遥杆对应的最大命令速度前后左右上下转向5 m/s2m/s2m/s1m/s10/s表 1-4 地面站软件可以设置的最大命令速度前后左右上下转向10m/s4m/s4m/s2m/s20/s以上三种操控方式可以同时使用，飞机最终收到的命令速度是三者叠加之和，但最大命令速度不会超出

7、地面站软件可以设置的最大命令速度值。【航点飞行模式航点飞行模式】在这种飞行模式下，飞机将按照用户设定的航路点依次飞行，飞行过程中用户可随时修改航路点，也可以随时更改期望飞往的目标点。【自动返航模式自动返航模式】在这种模式下，飞机将从当前点开始沿着已经飞过的航路点顺序原路返航。如果航路点的设置高度小于 30 米，飞机将爬升到 30 米高度；如果航路点的设置高度大于 500 米，飞机将下降到 500 米高度。【自动降落模式自动降落模式】在这种模式下，飞机将以 0.5m/s 的速度下降。2 机载飞控系统机载飞控系统就是安装在飞机上面的部分。包括飞控盒、GPS&磁罗盘、参航天科工深圳(集团)有限公司

8、CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 4 页 共 15 页数记录仪、GPS 天线、通讯设备、通讯天线、RC 接收机、定速仪、锁尾陀螺仪、电源。2.1 系统框架飞控盒接收机通讯设备GPS&磁罗盘油门舵机右舵机电源参数记录仪123后舵机定速仪左舵机456锁尾陀螺仪方向舵机1234512345COM1COM2COM3横向纵向油门方向切换图 2-1 系统框架其中，标配设备包括飞控盒、GPS&磁罗盘、参数记录仪。其他设备由用户自配。2.2 模块介绍2.2.1 飞控盒硬件系统核心处理器：浮点型 DSP；接口、逻辑处理器： EPLD；惯性传感器：带温度补偿的 MEMS IMU；软件系统嵌入式系统：标准

9、C 语言，配合硬件资源的调度具有实时性强、运行效率高、可靠性高的特点；数据预处理：Butterworth Filter、Window Filter；导航算法：Extend Kalman Filter；控制算法：；H数据/控制刷新率：50Hz；接口GPS 天线：1 通道；航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 5 页 共 15 页RS232：3 通道；CAN2.0b：1 通道；接收机：10 通道；舵机：12 通道；转速：2 通道；电源：736VDC；功率消耗：230mA12V；工作温度：-4080；2.2.2 GPS&磁罗盘硬件系统核心处理器：DSP；传感器：GP

10、S、3 轴磁场计、气压高度计；软件系统数据预处理：Butterworth Filter；GPS 刷新率 ：4Hz；3 轴磁场计刷新率 ： 10Hz；气压高度计刷新率 ：4Hz；接口RS232：1 通道；CAN2.0b：1 通道；电源：736VDC；功率消耗：60mA12V；工作温度：-4080；2.2.3 参数记录仪硬件系统核心处理器：单片机；存储器：Flash；容量：4GB；接口RS232：1 通道；USB：1 通道；电源：414VDC；工作温度：-4080；航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 6 页 共 15 页3 地面站软件地面站软件与飞机进行双向数据

11、通讯，主要有以下作用：监视与控制飞行状态、图形化显示飞行数据、可视化编辑飞行航线、回放飞行数据。3.1 系统最低配置Pentium III，1G；256M 内存；Windows98，Me，2000，XP（建议使用 XPsp2 版本） ，Vista；RS232 串口 1 个（无串口笔记本使用 PCMCIA 转串口卡） ；3.2 软件介绍程序运行的界面如下图所示，整个界面主要划分为以下几个区域：菜单栏、工具栏、Home 点区、航迹点区、控制面板、数据显示区、地图显示区、仪表显示区、状态栏。图 3-1 程序运行界面图航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 7 页 共

12、15 页3.2.1 菜单栏菜单栏由串口设置、接收机控制、数据回放三个主菜单组成。如下图所示表 3-2 菜单功能主菜单子菜单功能串口设置无用来设置地面站与飞控盒进行通讯的串口号和波特率。默认串口号为 1，波特率为 115200。关闭接收机关闭接收机后，飞机将自动进入自驾状态，切换通道数据显示为 2000。油门通道数据显示为 50%。接收机控制打开接收机打开接收机开始开始回放数据高速高速回放数据继续继续回放数据低速低速回放数据数据回放暂停暂停回放数据3.2.2 工具栏表 3-3 工具栏按钮功能串口开关记录数据，数据存储在安装目录的record子目录下飞行计时GPS 导航，在地图中实时显示飞机位置发

13、送航迹点3.2.3 HOME 点区图 3-4 HOME 点区域图表 3-5 按钮功能介绍航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 8 页 共 15 页按钮功能【标记】 用于在地图中心点放置一个 HOME 点图标，以此作为编辑航点时的参考点。 注意：此点不作为飞机坐标的基准参考点，飞机坐标的基准参考点始终默认是飞机的起飞点。建议用户最好将此点标记在飞机的起飞点位置。【发送】系统将 HOME 点的坐标发送给飞控盒3.2.4 航迹点区此区域主要用来编辑航迹点，鼠标右键单击此区域，将弹出航点编辑菜单，包括添加、修改、插入、删除、清空五种操作。如图(3-6)所示：图 3-6

14、 航迹点区表 3-7 各菜单功能用法菜单操作方法【添加】平移地图，将十字光标对准想要添加航迹点的位置在航点列表框内，右键单击任意位置，弹出航点编辑菜单在航点编辑菜单中，左键单击“添加”按钮即可【修改】平移地图，将十字光标对准想要更新航迹点的位置航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 9 页 共 15 页在航点列表框内，右键单击想要修改的航点，弹出航点编辑菜单在航点编辑菜单中，左键单击“修改”按钮即可【插入】平移地图，将十字光标对准想要插入航迹点的位置在航点列表框内，右键单击想要插入的位置，弹出航点编辑菜单在航点编辑菜单中，左键单击“插入”按钮即可【删除】在航点列

15、表框内，右键单击想要删除的航点，弹出航点编辑菜单在航点编辑菜单中，左键单击“删除”按钮即可【清空】在航点列表框内，右键单击任意位置，弹出航点编辑菜单在航点编辑菜单中，左键单击“清空”按钮即可此外，航迹点的操作还包括航点高度、航点速度和航点类型的设置。表 3-8 航点高度、速度、类型的设置功能数据含义操作方法航点高度飞机飞往航点的相对高度范围-50m500m，缺省为 50m左键双击修改，左键单击确认航点速度飞机飞往航点的前向速度范围 010m/s，缺省为 5m/s左键双击修改，左键单击确认航点类型飞机飞到航点后的动作0继续飞行，1悬停，缺省为 0左键双击修改，左键单击确认3.2.5 控制面板区控

16、制面板区是飞机在飞行过程中需要用户重点操作的区域。主要作用是在飞机进入自驾状态后，切换飞机的飞行模式。切换控制面板如下图所示：图 3-9 切换控制面板各按钮的功能说明如下表：航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 10 页 共 15 页表 3-10 个按钮功能说明按钮说明【增稳控制】飞机将进入增稳控制模式。进入此模式下，用户才能执行前飞、后飞、左飞、右飞、下降、爬升、左转、右转、清零、全部清零等按钮的操作。中间的文本框显示当前地面站设定的命令速度值。【航点飞行】单击此按钮，弹出设置目标航点对话框，设置用户想要飞往的目标航点号，单击【确定】按钮，飞机立即进入航点飞

17、行模式。 【自动返航】飞机将以默认设定的 6m/s 前飞速度和当时的高度飞回起飞点。如果当时的高度小于 30 米，飞机将爬升到 30 米高度返航；如果当时的高度大于 100 米，飞机将下降到 100 米高度返航。【自动降落】 飞机将以0.5m/s 的垂直速度下降。【关闭引擎】飞机将执行关闭引擎操作。为了防止用户在飞行过程中误操作此按钮，系统设计只能在执行【自动降落】控制生效后，才能执行此操作。3.2.6 数据显示区数据显示区是飞行过程中用户需要重点观察的数据信息显示区域。如下图所示：第一列为当前值。第二列为命令值。第三列为控制量。航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说

18、明书第 11 页 共 15 页图 3-11 数据显示区3.2.7 地图显示区主要用来显示 GoogleEarth 地图、HOME 点、航线和飞机当前位置。图 3-12 地图显示区地图下面的状态条显示如下数据： 坐标：显示地图中心的十字光标的经纬度； 距 HOME 点：显示十字光标距离 HOME 点的距离； 距航点：显示十字光标距离最后一个航点的距离； 总航程：显示所有航点的水平距离之和； 偏航距：显示飞机偏离设定航线的距离。航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 12 页 共 15 页3.2.8 仪表显示区图 3-13 仪表显示区四个仪表从左到右分别是水平速度表

19、、垂直速度表、水平仪、航向仪。发送指示灯：闪烁表示正在发送数据；不闪表示没有发送数据；接收指示灯：闪烁表示收到遥测数据；不闪表示没有收到数据； 【自动居中】：自动将地图中心设置为飞机当前所在位置。 【操纵手柄】：激活操纵手柄功能。 【起飞标志】：用来显示飞机起飞过程是否完成； 不勾选表示飞机起飞过程尚未完成； 勾选表示飞机起飞过程已经完成；注： 飞机遥控起飞或者自驾起飞到离地高度超过 10 米时，系统认为起飞过程完成； 此时遥控器切换开关拨到自驾状态，系统将进入自动起飞模式； 此时遥控器切换开关拨到自驾状态，系统将进入增稳控制模式；注意：当飞机在地面运转时，请一定不要轻意切换到自驾状态；3.2

20、.9 状态栏图 3-14 状态栏飞行计时：显示飞行时间。参数记录仪：显示参数记录仪工作状态。数据在 0255 之间依次增加为正常；舵机电压：显示舵机的供电电压。电压在 4.0V6.0V 之间为正常；电源电压：显示飞控的供电电压。电压在 11.5V12.5V 之间为正常；控制模式：显示飞机目前的飞行模式。包括 NULL、遥控、准备起飞、正在起飞、 悬停、巡航、飞往航点、返航；GPS：显示 GPS 定位状态和卫星数目。定位状态包括 nofix、2Dfix、3Dfix；左边框：显示飞机的状态信息。包括 11 种状态： “通信中断!”； “通信正常,遥控器未开!”；“遥控器正常,遥控模式!”；“准备起

21、飞!”；“正在起飞!”；“定点悬停!”；航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 13 页 共 15 页“巡航!”；“航点模式-飞往航点(2)!”；“返航模式-飞往航点(2)!”；“正在降落!”；“引擎关闭!”；通信：显示电台通信状态。包括三种状态：丢失、较弱、正常。0,0,0,0：四个数字分别表示位置、速度、磁罗盘、气压计的数据通信状态。0 表示正常，1 表示不正常。4 飞行操作步骤对已经调试好的飞机可以按照下面的步骤来进行飞行操作： 1）将飞机置于相对开阔的地方，检查飞机的是否有异常，并检查所有电缆连接是否有松动或异常。 2）安装连接地面站。 3）在保持飞机水

22、平静止状态下，接通机载飞控电源，飞控初始化约需10秒。 4）打开航模遥控器和接收机电源，检查遥控操作是否正常。5）打开地面站软件，检查下列项目： 电台通信是否正常； 电源电压是否正常；（11.5V12.5V之间为正常）舵机电压是否正常；（4V6V之间为正常） GPS定位是否正常；（3Dfix，卫星数目大于等于8） 相对高度是否正常； 航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 14 页 共 15 页前飞速度、侧飞速度、垂直速度是否正常； 姿态角和航向角是否正常； 起飞标记显示是否正常；（地面为不选中，超过10米高度后为选中） 操纵手柄工作是否正常； 遥控时，各通道控

23、制量的显示是否正常； 6）设置并发送HOME点； 7）设置并发送航迹点；8）起飞操作遥控起飞 将切换开关置于遥控状态，由操控手控制起飞。 自动起飞 （1）在遥控模式下，打开定速仪，待发动机转速稳定。 （2）将油门收到50%以下后，切换成自驾模式。地面站应显示“准备起飞”。飞机进入准备起飞状态。操控手等待地面站操作人员的口令。 （3）地面站操作人员看到准备起飞状态后，再次确认地面站显示的数据正常，尤其是高度显示正常，并且起飞标志没有被勾选； （4）地面站操作人员口令通知操控手：一切正常，可以起飞。 （5）操控手将油门推至50%以上，飞机即自动起飞； 注：请务必在飞机高度超过10米后，再切换到自驾

24、模式。 起飞完成后（高度大于10米），飞机自动进入增稳控制模式。 在起飞过程中，请保证油门在50%以上（50%75%为宜）。如出现异常，操控手可随时切换成遥控模式。在起飞过程结束后，请将油门回到中立位置。 9）增稳飞行 可以利用遥控器和地面站软件进行增稳飞行。 10）航点飞行 航天科工深圳(集团)有限公司 CA2102 自动化驾驶系统使用说明书第 15 页 共 15 页可以点击【航点飞行】按钮，输入您希望飞往的任何航点。 11）自动返航飞行 下面两种情况出现任意一个，驾驶仪都将执行返航控制： （1）在通讯正常情况下，用户点击【自动返航】按钮。 （2）数据链通讯中断时间超过 6 秒。 12）自动降落操作 在通讯正常情况下，用户单击【自动降落】按钮。飞机将以 0.5m/s 的垂直速度下降。 13）关闭引擎操作 在通讯正常情况下，用户单击【关闭引擎】按钮。 注意：此按钮只有在自动降落操作生效后才能操作，请在飞机距离地面10cm 左右时，操作此按钮，以减轻飞机落地时的冲击力。5 异常情况处理 1）在飞行过程中，地面站软件出现故障，怎么办？ 利用 CTRL+ALT+DEL 打开 Windows 任务管理器，结