微型飛行器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、微型飛行器設(shè)計(jì)導(dǎo)論微型飛行器設(shè)計(jì)導(dǎo)論南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)微型飛行器研究中心微型飛行器研究中心 p微型飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)微型飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) u飛行動(dòng)力學(xué)建模飛行動(dòng)力學(xué)建模u飛行動(dòng)力學(xué)特性分析飛行動(dòng)力學(xué)特性分析u控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)u信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) u能源與動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)能源與動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì) pMAV飛行動(dòng)力學(xué)建模飛行動(dòng)力學(xué)建模 u質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 l質(zhì)心動(dòng)力學(xué)方程質(zhì)心動(dòng)力學(xué)方程l質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程u旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程l旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程l旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 pMAV飛行動(dòng)力學(xué)建模飛行動(dòng)力學(xué)建模 考慮螺旋槳滑流作用的

2、考慮螺旋槳滑流作用的MAV質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程 kdVmPAmgdt( )()()TTaxayazaAAAADCL p考慮螺旋槳滑流影響的考慮螺旋槳滑流影響的MAV氣動(dòng)工程化模型氣動(dòng)工程化模型 0apapiVVV232323222appDpappCpappLpVDCSVCCSVLCS( , ,)( , ,)( , ,)DpDpaCpCpaLpLpaCCnVCCnVCCnV0()1() ()( )()()( )kmmmkmmbbmaapamggd VVLPLAALgdtm 000(/01cos (/)0(/)()pxbkkpkbybbakgpzbDDdVdtV d dtCCmgV d dtL

3、LPLPLLP./cos cos/cos sinsin/gk xggk ygkgk zgdxdtVdydtVVdzdtV航跡坐標(biāo)系下質(zhì)心動(dòng)力學(xué)方程航跡坐標(biāo)系下質(zhì)心動(dòng)力學(xué)方程 航跡坐標(biāo)系下質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程航跡坐標(biāo)系下質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 pMAV飛行動(dòng)力學(xué)建模飛行動(dòng)力學(xué)建模 MAV繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程 22()(/)(/)0(/)()()0()(/)(/)zyybzbzxxbybxxbzxzbrollyybxzzbxbzxxbzbyxxbybzxybzbzzbzxxbIIIIddtIddtLIddtIIIMPeNIIIIddtIddt 000rollrollrollpppLLLMMM

4、NNNMAV繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 tan (sincos )/cossin/(sincos )/cosxbybzbybzbybzbddtddtddt 考慮螺旋槳滑流作用的考慮螺旋槳滑流作用的MAV旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程 pMAV飛行動(dòng)力學(xué)建模飛行動(dòng)力學(xué)建模 基于基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法 MAV運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律在任意飛行狀態(tài)下，在任意飛行狀態(tài)下，MAV各運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化趨勢(shì)可分為單調(diào)變化與周各運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化趨勢(shì)可分為單調(diào)變化與周期性振蕩變化兩種模態(tài)，每個(gè)模態(tài)都存在穩(wěn)定與不穩(wěn)定兩種情況期性振蕩變化兩種模態(tài)

5、，每個(gè)模態(tài)都存在穩(wěn)定與不穩(wěn)定兩種情況 。 tXAe2sin( 1)ntnXAet 運(yùn)動(dòng)的模態(tài)特征可由特定數(shù)量的特征參數(shù)來(lái)完全表示。振蕩運(yùn)動(dòng)模運(yùn)動(dòng)的模態(tài)特征可由特定數(shù)量的特征參數(shù)來(lái)完全表示。振蕩運(yùn)動(dòng)模態(tài)特征可由阻尼比、固有頻率、頻率、周期、半衰周期或倍幅周期來(lái)態(tài)特征可由阻尼比、固有頻率、頻率、周期、半衰周期或倍幅周期來(lái)描述；單調(diào)運(yùn)動(dòng)模態(tài)特征可選取半衰周期或倍幅周期來(lái)描述描述；單調(diào)運(yùn)動(dòng)模態(tài)特征可選取半衰周期或倍幅周期來(lái)描述 0穩(wěn)定單調(diào)變化0穩(wěn)定振蕩變化00tttt不穩(wěn)定振蕩變化不穩(wěn)定單調(diào)變化MAV受擾動(dòng)后，其縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)主要表現(xiàn)為迎角變化，橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)受擾動(dòng)后，其縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)主要表現(xiàn)為迎角變化，橫側(cè)

6、向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)主要表現(xiàn)為側(cè)滑角變化。響應(yīng)主要表現(xiàn)為側(cè)滑角變化。pMAV非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究 在任意初始狀態(tài)基礎(chǔ)上對(duì)在任意初始狀態(tài)基礎(chǔ)上對(duì)MAV飛行進(jìn)行數(shù)值仿真飛行進(jìn)行數(shù)值仿真 對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得該狀態(tài)下對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得該狀態(tài)下MAV相應(yīng)飛行品質(zhì)相應(yīng)飛行品質(zhì) 在飛行包絡(luò)線(xiàn)范圍內(nèi)，對(duì)在飛行包絡(luò)線(xiàn)范圍內(nèi)，對(duì)MAV進(jìn)行飛行品質(zhì)分析進(jìn)行飛行品質(zhì)分析u 具體步驟：具體步驟： 獲得精確數(shù)學(xué)模型獲得精確數(shù)學(xué)模型基于基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法 pMAV非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究 u 結(jié)果：結(jié)果

7、： 91011121314-4-20240.150.20.250.30.350.4速度(m/s)俯仰角振蕩模態(tài)特性迎角擾動(dòng)(o)阻尼比910111213140.150.20.250.30.350.4速度(m/s)阻尼比不同擾動(dòng)幅度下俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)特性隨速度變化迎角擾動(dòng)=-3(o)迎角擾動(dòng)=-2(o)迎角擾動(dòng)=-1(o)迎角擾動(dòng)=1(o)迎角擾動(dòng)=2(o)迎角擾動(dòng)=3(o)-3-2-101230.150.20.250.30.350.4迎角擾動(dòng)(o)阻尼比不同速度下俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)特性隨迎角擾動(dòng)變化V=9(m/s)V=10(m/s)V=11(m/s)V=12(m/s)V=13(m/s)V=14(m/

8、s)阻尼比相對(duì)迎角擾動(dòng)與速度規(guī)則曲面阻尼比相對(duì)迎角擾動(dòng)與速度規(guī)則曲面阻尼比隨速度變化曲線(xiàn)阻尼比隨速度變化曲線(xiàn) 阻尼比隨迎角偏差變化曲線(xiàn)阻尼比隨迎角偏差變化曲線(xiàn) MAV俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)阻尼比全狀態(tài)分析結(jié)果俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)阻尼比全狀態(tài)分析結(jié)果基于基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法 pMAV非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究 91011121314-4-20240.40.450.50.550.60.65速度(m/s)俯仰角振蕩模態(tài)特性迎角擾動(dòng)(o)周期(s)910111213140.40.450.50.550.6速度(m/s)周期(s)不

9、同擾動(dòng)幅度下俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)特性隨速度變化迎角擾動(dòng)=-3(o)迎角擾動(dòng)=-2(o)迎角擾動(dòng)=-1(o)迎角擾動(dòng)=1(o)迎角擾動(dòng)=2(o)迎角擾動(dòng)=3(o)-3-2-101230.40.450.50.550.6迎角擾動(dòng)(o)周期(s)不同速度下俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)特性隨迎角擾動(dòng)變化V=9(m/s)V=10(m/s)V=11(m/s)V=12(m/s)V=13(m/s)V=14(m/s)周期相對(duì)迎角擾動(dòng)與速度規(guī)則曲面周期相對(duì)迎角擾動(dòng)與速度規(guī)則曲面周期隨速度變化曲線(xiàn)周期隨速度變化曲線(xiàn) 周期隨迎角偏差變化曲線(xiàn)周期隨迎角偏差變化曲線(xiàn)MAV俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)周期全狀態(tài)分析圖俯仰角運(yùn)動(dòng)模態(tài)周期全狀態(tài)分析圖u 結(jié)果：結(jié)

10、果： 基于基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法 pMAV非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究 91011121314-2-101200.10.20.30.4速度(m/s)滾轉(zhuǎn)角振蕩模態(tài)特性側(cè)滑角擾動(dòng)(o)半衰周期(s)9101112131400.050.10.150.20.250.30.350.4速度(m/s)半衰周期不同擾動(dòng)幅度下滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)模態(tài)特性隨速度變化側(cè)滑角擾動(dòng)=-2(o)側(cè)滑角擾動(dòng)=-1(o)側(cè)滑角擾動(dòng)=-0.5(o)側(cè)滑角擾動(dòng)=0.5(o)側(cè)滑角擾動(dòng)=1(o)側(cè)滑角擾動(dòng)=2(o)-2-1.5-1-0.500.511.52

11、00.050.10.150.20.250.30.350.4側(cè)滑角擾動(dòng)(o)半衰周期(s)不同速度下滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)模態(tài)特性隨側(cè)滑角擾動(dòng)變化V=9(m/s)V=10(m/s)V=11(m/s)V=12(m/s)V=13(m/s)V=14(m/s)半衰周期相對(duì)側(cè)滑擾動(dòng)與速度規(guī)則曲面半衰周期相對(duì)側(cè)滑擾動(dòng)與速度規(guī)則曲面半衰周期隨速度變化曲線(xiàn)半衰周期隨速度變化曲線(xiàn) 半衰周期隨側(cè)滑偏差變化曲線(xiàn)半衰周期隨側(cè)滑偏差變化曲線(xiàn)MAV滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)模態(tài)半衰周期全狀態(tài)分析圖滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)模態(tài)半衰周期全狀態(tài)分析圖基于基于MAV數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法數(shù)學(xué)模型的飛行動(dòng)力學(xué)全狀態(tài)特性分析方法 pMAV非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研

12、究非線(xiàn)性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究u 結(jié)果：結(jié)果： pMAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)n飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu) MAVMAV導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn) 導(dǎo)航系統(tǒng)任務(wù)復(fù)雜：劇烈的姿態(tài)、位置變化導(dǎo)航系統(tǒng)任務(wù)復(fù)雜：劇烈的姿態(tài)、位置變化系統(tǒng)硬件最優(yōu)組合系統(tǒng)硬件最優(yōu)組合 ： 尺寸與有效載荷的限制尺寸與有效載荷的限制系統(tǒng)精度、可靠性：微型系統(tǒng)精度、可靠性：微型MEMS電子元器件電子元器件 pMAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)nMAV導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng) 捷聯(lián)慣導(dǎo)捷聯(lián)慣導(dǎo) GPS 微型空速計(jì)微型空速計(jì) 微型高度計(jì)微型高度計(jì) pMAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制與導(dǎo)

13、航系統(tǒng)設(shè)計(jì)nMAV導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)MAVMAV導(dǎo)航系統(tǒng)方案導(dǎo)航系統(tǒng)方案 pMAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)nMAV導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)MAVMAV導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu) pMAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)nMAV導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)MAVMAV導(dǎo)航系統(tǒng)硬件導(dǎo)航系統(tǒng)硬件 l姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài)基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài) u狀態(tài)空間模型狀態(tài)空間模型四元數(shù)結(jié)構(gòu)下的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程四元數(shù)結(jié)構(gòu)下的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程( )qq 001( )020 xbybzbxbzbybybzbxbzbybxb加入陀螺漂移量進(jìn)行補(bǔ)償，構(gòu)

14、成狀態(tài)矢量加入陀螺漂移量進(jìn)行補(bǔ)償，構(gòu)成狀態(tài)矢量qxb 漂移量為隨機(jī)變量3 1()0b qx l三軸加速度計(jì)測(cè)量值三軸加速度計(jì)測(cè)量值aalGPSGPS數(shù)據(jù)獲得加速度數(shù)據(jù)獲得加速度ga51015202530-2-101234時(shí)間(s)Ax(m/s2)加速度真實(shí)值加速度GPS差分計(jì)算值51015202530-4-3-2-10123時(shí)間(s)Ay(m/s2)加速度真實(shí)值加速度GPS差分計(jì)算值51015202530-4-3-2-101234時(shí)間(s)Az(m/s2)加速度真實(shí)值加速度GPS差分計(jì)算值l姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài)基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量

15、姿態(tài) u測(cè)量空間模型測(cè)量空間模型 l兩個(gè)加速度之間的關(guān)系兩個(gè)加速度之間的關(guān)系gxaxbgaygyazgzgaaaaLaa01122331233202311303122101/2()/(4)()/(4)()/(4)qlllqllqqllqqllq 2032121233013210bgqqqqqq q qqqqqqq qL l姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài)基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài) u測(cè)量空間模型測(cè)量空間模型 51015202530-505101520時(shí)間(s)滾轉(zhuǎn)角(o)本文組合濾波測(cè)量結(jié)果單純陀螺角速率積分結(jié)果真實(shí)值l姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：姿態(tài)測(cè)

16、量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài)基于卡爾曼濾波的多傳感器組合測(cè)量姿態(tài) u仿真結(jié)果仿真結(jié)果 uMAVMAV質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的一般形式質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的一般形式 ggmkmRL V基于基于GPSGPS信號(hào)的信號(hào)的MAVMAV導(dǎo)航信息提取導(dǎo)航信息提取 可靠性實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)性基于純慣導(dǎo)的基于純慣導(dǎo)的MAVMAV導(dǎo)航信息提取導(dǎo)航信息提取 基于氣壓傳感器信息的基于氣壓傳感器信息的MAVMAV導(dǎo)航信息提取導(dǎo)航信息提取 00ggbpRLVl位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化 u優(yōu)化原理優(yōu)化原理 在在GPSGPS信息有效的情況下，利用信

17、息有效的情況下，利用GPSGPS定位與測(cè)速是最為直接簡(jiǎn)定位與測(cè)速是最為直接簡(jiǎn)便的，測(cè)量精度也滿(mǎn)足便的，測(cè)量精度也滿(mǎn)足MAVMAV導(dǎo)航要求導(dǎo)航要求 純慣導(dǎo)方式在組合導(dǎo)航中的權(quán)重也應(yīng)隨著工作時(shí)間的增加而不純慣導(dǎo)方式在組合導(dǎo)航中的權(quán)重也應(yīng)隨著工作時(shí)間的增加而不斷減小斷減小 基于空速計(jì)與高度計(jì)信息的導(dǎo)航算法有效性隨著外界風(fēng)速的增基于空速計(jì)與高度計(jì)信息的導(dǎo)航算法有效性隨著外界風(fēng)速的增大而減小大而減小, ,飛行迎角與側(cè)滑角的增大也會(huì)減小這一算法的精度飛行迎角與側(cè)滑角的增大也會(huì)減小這一算法的精度 l位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化 u組

18、合算法獲取組合算法獲取MAVMAV質(zhì)心位移速度質(zhì)心位移速度222ggpsiinszzerowindggizn VnVn VVnnn14(4)0(4)gstarsgstarsgnnne14tine1224()wVzneggRVp權(quán)重系數(shù)：權(quán)重系數(shù)：l位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化 u仿真結(jié)果仿真結(jié)果020406080100120140160180200-500-400-300-200-1000100200X(m)Y(m)實(shí)際軌跡GPS測(cè)量軌跡基于空速計(jì)的測(cè)量值純慣導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)量值本文組合導(dǎo)航測(cè)量值010203040506097

19、9899100101102103104105106時(shí)間(秒)高度(m)本文方法測(cè)量值GPS高度測(cè)量值純慣導(dǎo)高度測(cè)量值實(shí)際高度值l位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：位置、速度測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化多傳感器導(dǎo)航信息優(yōu)化 pMAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)n飛行控制系統(tǒng)流程飛行控制系統(tǒng)流程 導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) pMAV飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)n飛行控制系統(tǒng)方案飛行控制系統(tǒng)方案 u微型飛行器飛行控制原理微型飛行器飛行控制原理 微型飛行器在類(lèi)型、布局形式上具有多樣性。不同類(lèi)微型飛行器在類(lèi)型、布局形式上具有多樣性。不同類(lèi)型不同布局形式的

20、微型飛行器在操控方式上存在很大差異。型不同布局形式的微型飛行器在操控方式上存在很大差異。但在微型飛行器飛行控制中所涉及到的控制思想與控制原但在微型飛行器飛行控制中所涉及到的控制思想與控制原理又具有一致性。理又具有一致性。 u微型飛行器飛行控制原理微型飛行器飛行控制原理l控制的基本思想：控制的基本思想：反饋反饋l反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。 測(cè)量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)測(cè)量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。控制系統(tǒng)的響應(yīng)。 l控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地控制的

21、關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。糾正系統(tǒng)。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律 飛行控制律，即飛行控制系統(tǒng)形成控制指令的算法。飛行控制律，即飛行控制系統(tǒng)形成控制指令的算法。 飛行控制律描述了受控狀態(tài)變量與系統(tǒng)輸入信號(hào)之間飛行控制律描述了受控狀態(tài)變量與系統(tǒng)輸入信號(hào)之間的關(guān)系。的關(guān)系。 當(dāng)微型飛行器飛行狀態(tài)得到正確測(cè)量后，與期望值進(jìn)當(dāng)微型飛行器飛行狀態(tài)得到正確測(cè)量后，與期望值進(jìn)行比較，飛行控制律就是根據(jù)兩者之間的差異，來(lái)決定微行比較，飛行控制律就是根據(jù)兩者之間的差異，來(lái)決定微型飛行器執(zhí)行何種操縱，來(lái)消除實(shí)際值與期望值之間的差型飛行器執(zhí)行何種操縱，來(lái)消除實(shí)際值與期望值

22、之間的差異。異。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律 目前，微型飛行器飛行控制律設(shè)計(jì)中，普遍采用的有目前，微型飛行器飛行控制律設(shè)計(jì)中，普遍采用的有PID控制方法、模糊控制方法等?？刂品椒ā⒛：刂品椒ǖ?。 下面，以固定翼微型飛行器俯仰姿態(tài)控制為例，來(lái)介下面，以固定翼微型飛行器俯仰姿態(tài)控制為例，來(lái)介紹各類(lèi)常用的飛行控制方法。紹各類(lèi)常用的飛行控制方法。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律lPID控制控制 PID （比例（比例- 積分積分- 微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。多年歷史，現(xiàn)在仍然是

23、應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 PID 控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器，在微型飛行器飛行控，在微型飛行器飛行控制中也得到廣泛應(yīng)用。制中也得到廣泛應(yīng)用。 PID控制使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（控制使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp， Ki 和和Kd）即可。）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行

24、控制律 比例（比例（P）控制）控制 控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差；例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差；積分（積分（I）控制）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。比例成正比關(guān)系。比例+積分積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差；態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差； 微分（微分（D）控制）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系

25、統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。增加能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。增加 “微分項(xiàng)微分項(xiàng)”能預(yù)測(cè)誤差變能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。被控量的嚴(yán)重超調(diào)。u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律1112()edykk參數(shù)：參數(shù)：kP、kDPD u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制 模糊控制模糊

26、控制是是基于模糊數(shù)學(xué)基于模糊數(shù)學(xué)的基本思想和的基本思想和理論理論的控制方法。的控制方法。特點(diǎn)：特點(diǎn)： u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制 人員人員操縱操縱微型飛行器微型飛行器飛行時(shí)，通過(guò)觀(guān)察飛行時(shí)，通過(guò)觀(guān)察微型飛行器微型飛行器飛飛行姿態(tài)與軌跡，對(duì)其飛行進(jìn)行控制。當(dāng)操縱人員獲得觀(guān)測(cè)行姿態(tài)與軌跡，對(duì)其飛行進(jìn)行控制。當(dāng)操縱人員獲得觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)所積累的知識(shí)和操縱經(jīng)驗(yàn)，做出決策，并采數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)所積累的知識(shí)和操縱經(jīng)驗(yàn)，做出決策，并采取相應(yīng)的控制動(dòng)作。顯然，這種決策過(guò)程不是通過(guò)精確的取相應(yīng)的控制動(dòng)作。顯然，這種決策過(guò)程不是通過(guò)精確的定量計(jì)算，而是依靠定性的或模糊的知識(shí)。定量計(jì)

27、算，而是依靠定性的或模糊的知識(shí)。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制 例如，在縱向姿態(tài)控制時(shí)，操縱人員所感知的只是縱例如，在縱向姿態(tài)控制時(shí)，操縱人員所感知的只是縱向姿態(tài)的概念量，比如說(shuō)向姿態(tài)的概念量，比如說(shuō)“俯仰角非常偏大俯仰角非常偏大”，他使用這，他使用這一概念與頭腦中已有的控制經(jīng)驗(yàn)和模式相匹配，得到一概念與頭腦中已有的控制經(jīng)驗(yàn)和模式相匹配，得到“俯俯仰角非常偏大應(yīng)該推桿使升降舵較大正偏仰角非常偏大應(yīng)該推桿使升降舵較大正偏”的推斷，進(jìn)而的推斷，進(jìn)而由控制機(jī)構(gòu)將由控制機(jī)構(gòu)將“推桿使升降舵較大正偏推桿使升降舵較大正偏”按照某定量值執(zhí)按照某定量值執(zhí)行，從而完成整個(gè)飛行控制

28、過(guò)程的一個(gè)循環(huán)。行，從而完成整個(gè)飛行控制過(guò)程的一個(gè)循環(huán)。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制微型飛行器模糊飛行控制律設(shè)計(jì)步驟：微型飛行器模糊飛行控制律設(shè)計(jì)步驟：建立微型飛行器各狀態(tài)參數(shù)及建立微型飛行器各狀態(tài)參數(shù)及控制量的模糊集合控制量的模糊集合按照一定的模糊規(guī)則，確定模糊控制表按照一定的模糊規(guī)則，確定模糊控制表，得到模糊關(guān)系，得到模糊關(guān)系根據(jù)根據(jù)模糊模糊關(guān)系進(jìn)行關(guān)系進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到相應(yīng)的模糊控制量模糊運(yùn)算，得到相應(yīng)的模糊控制量根據(jù)一定的去模糊規(guī)則，將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確數(shù)值，根據(jù)一定的去模糊規(guī)則，將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確數(shù)值，得到不同狀得到不同狀態(tài)參數(shù)組合下的控制量，

29、繪制模糊控制表面圖態(tài)參數(shù)組合下的控制量，繪制模糊控制表面圖 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制 在固定翼微型飛行器俯仰姿態(tài)模糊控制律設(shè)計(jì)中，采用在固定翼微型飛行器俯仰姿態(tài)模糊控制律設(shè)計(jì)中，采用俯仰角實(shí)際值與期望值之間的偏差以及偏差變化率（當(dāng)期俯仰角實(shí)際值與期望值之間的偏差以及偏差變化率（當(dāng)期望值不變時(shí)即為俯仰角速率）作為狀態(tài)參數(shù)，升降舵偏角望值不變時(shí)即為俯仰角速率）作為狀態(tài)參數(shù)，升降舵偏角為控制量。為控制量。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制建立狀態(tài)參數(shù)及控制量的模糊集合建立狀態(tài)參數(shù)及控制量的模糊集合 對(duì)狀態(tài)參數(shù)（俯仰角偏差、偏差變化率）和

30、控制量對(duì)狀態(tài)參數(shù)（俯仰角偏差、偏差變化率）和控制量（升降舵偏角）按照一定精度在一定范圍內(nèi)進(jìn)行模糊化處（升降舵偏角）按照一定精度在一定范圍內(nèi)進(jìn)行模糊化處理，并以模糊集理，并以模糊集 PL,PM,PS,ZO,NS,NM,NL的形式來(lái)描述。的形式來(lái)描述。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制建立模糊規(guī)則表，得到模糊關(guān)系建立模糊規(guī)則表，得到模糊關(guān)系 根據(jù)人員操縱經(jīng)驗(yàn)，歸納出模糊規(guī)則表，即得到在不同根據(jù)人員操縱經(jīng)驗(yàn)，歸納出模糊規(guī)則表，即得到在不同的狀態(tài)參數(shù)組合到控制量的模糊推理。的狀態(tài)參數(shù)組合到控制量的模糊推理。根據(jù)每條推理規(guī)則，求出相應(yīng)的模糊關(guān)系根據(jù)每條推理規(guī)則，求出相應(yīng)的模糊

31、關(guān)系再根據(jù)模糊關(guān)系合成法則，建立總的模糊再根據(jù)模糊關(guān)系合成法則，建立總的模糊關(guān)系。關(guān)系。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制根據(jù)模糊關(guān)系進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到相應(yīng)的模糊控制量根據(jù)模糊關(guān)系進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到相應(yīng)的模糊控制量 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律l模糊控制模糊控制根據(jù)一定的去模糊規(guī)則，將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確數(shù)值，根據(jù)一定的去模糊規(guī)則，將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確數(shù)值，得到模糊控制表面圖得到模糊控制表面圖 對(duì)于任意一組俯仰角偏差對(duì)于任意一組俯仰角偏差 和偏差和偏差變化率組合，都可以獲得相應(yīng)的控制變化率組合，都可以獲得相應(yīng)的控制輸出。在實(shí)際飛行中根據(jù)每一時(shí)刻的輸出

32、。在實(shí)際飛行中根據(jù)每一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地直接由控制規(guī)狀態(tài)參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地直接由控制規(guī)則表得到相對(duì)應(yīng)的控制行為。則表得到相對(duì)應(yīng)的控制行為。 在離線(xiàn)狀態(tài)下能夠根據(jù)實(shí)際情況在離線(xiàn)狀態(tài)下能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)控制規(guī)則表進(jìn)行檢驗(yàn)修正，使其符對(duì)控制規(guī)則表進(jìn)行檢驗(yàn)修正，使其符合控制的實(shí)際要求。合控制的實(shí)際要求。 u微型飛行器飛行控制律微型飛行器飛行控制律 微型飛行器的飛行控制任務(wù)復(fù)雜、控制對(duì)象特性差異微型飛行器的飛行控制任務(wù)復(fù)雜、控制對(duì)象特性差異巨大，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇巨大，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇PID方法、模糊控制或其他類(lèi)方法、模糊控制或其他類(lèi)型的控制方法來(lái)設(shè)計(jì)微型飛行器飛行控制律。型的控制方法來(lái)設(shè)計(jì)

33、微型飛行器飛行控制律。 微型飛行器微型飛行器與有人飛行器與有人飛行器的一個(gè)重要區(qū)別就是的一個(gè)重要區(qū)別就是，微微型飛行器型飛行器與地面站應(yīng)與地面站應(yīng)時(shí)刻保持時(shí)刻保持信息交互，地面站應(yīng)具有信息交互，地面站應(yīng)具有對(duì)微型飛行器實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)控制的能力。對(duì)微型飛行器實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)控制的能力。 微型飛行器測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)承擔(dān)對(duì)微型飛行器微型飛行器測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)承擔(dān)對(duì)微型飛行器的遙控、遙測(cè)以及圖像信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄和分發(fā)的的遙控、遙測(cè)以及圖像信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄和分發(fā)的任務(wù)，其工作狀態(tài)、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到微型飛任務(wù)，其工作狀態(tài)、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到微型飛行器任務(wù)的完成情況。行器任務(wù)的完成情

34、況。 p微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)的主要功能微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)的主要功能 微型飛行器微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)包括信息傳輸系統(tǒng)包括：l機(jī)載信息傳輸機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)l地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng) p微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)的組成微型飛行器信息傳輸系統(tǒng)的組成 l機(jī)載信息傳輸機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)系統(tǒng) 微型飛行器微型飛行器系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的機(jī)載部分包括：系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的機(jī)載部分包括：u機(jī)載數(shù)據(jù)終端機(jī)載數(shù)據(jù)終端 機(jī)載數(shù)據(jù)終端包括遙控接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及用于連機(jī)載數(shù)據(jù)終端包括遙控接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及用于連接接收機(jī)和發(fā)射機(jī)到系統(tǒng)其余部分的調(diào)制解調(diào)器。接接收機(jī)和發(fā)射機(jī)到系統(tǒng)其余部分的調(diào)制解調(diào)器。u天線(xiàn)天線(xiàn) 天線(xiàn)通常采用全向天線(xiàn)，有時(shí)

35、也要求采用具有增益天線(xiàn)通常采用全向天線(xiàn)，有時(shí)也要求采用具有增益的有向天線(xiàn)。的有向天線(xiàn)。 l機(jī)載信息傳輸機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)系統(tǒng) 機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)的任務(wù)主要分為對(duì)上行信息機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)的任務(wù)主要分為對(duì)上行信息的處理和對(duì)下行信息的處理。的處理和對(duì)下行信息的處理。 l機(jī)載信息傳輸機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)u機(jī)載上行信息處理：機(jī)載上行信息處理：機(jī)載遙控天線(xiàn)接收地面遙控信機(jī)載遙控天線(xiàn)接收地面遙控信息息后，收發(fā)前端進(jìn)行放大和解調(diào)，經(jīng)機(jī)載編解碼電路把后，收發(fā)前端進(jìn)行放大和解調(diào)，經(jīng)機(jī)載編解碼電路把數(shù)據(jù)送入機(jī)載飛控計(jì)算機(jī)，可執(zhí)行地面對(duì)微型飛行器的數(shù)據(jù)送入機(jī)載飛控計(jì)算機(jī)，可執(zhí)行地面對(duì)微型飛行器的飛行控制指令。飛行控制指令

36、。 l機(jī)載信息傳輸機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)u機(jī)載下行信息處理：機(jī)載下行信息處理：下下行行信信息息包括兩部分，一部分包括兩部分，一部分是是微型飛行器微型飛行器飛行信息飛行信息，包括飛行器姿態(tài)，位置，飛行，包括飛行器姿態(tài)，位置，飛行速度等；另一部分是速度等；另一部分是任務(wù)信息（如偵察視頻圖像）任務(wù)信息（如偵察視頻圖像） 。 為了保證實(shí)時(shí)視頻傳輸，必須進(jìn)行圖像數(shù)字壓縮處為了保證實(shí)時(shí)視頻傳輸，必須進(jìn)行圖像數(shù)字壓縮處理。遙測(cè)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)復(fù)接、編碼后形成遙測(cè)幀理。遙測(cè)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)復(fù)接、編碼后形成遙測(cè)幀數(shù)據(jù)流，進(jìn)行調(diào)制，最后經(jīng)放大、由機(jī)載全向天線(xiàn)發(fā)射。數(shù)據(jù)流，進(jìn)行調(diào)制，最后經(jīng)放大、由機(jī)載全向天線(xiàn)發(fā)射

37、。 l機(jī)載信息傳輸機(jī)載信息傳輸系統(tǒng)系統(tǒng) 微型飛行器一般對(duì)機(jī)載設(shè)備具有嚴(yán)格的重量與體積限微型飛行器一般對(duì)機(jī)載設(shè)備具有嚴(yán)格的重量與體積限制，制，要實(shí)現(xiàn)高集成的機(jī)載信息傳輸功能，在設(shè)計(jì)中必須采要實(shí)現(xiàn)高集成的機(jī)載信息傳輸功能，在設(shè)計(jì)中必須采取以下措施：取以下措施：采用全數(shù)字一體化終端處理技術(shù)，如全數(shù)字化的解擴(kuò)、采用全數(shù)字一體化終端處理技術(shù)，如全數(shù)字化的解擴(kuò)、解調(diào)技術(shù)，由單板印制板完成，提高了集成化及可靠性；解調(diào)技術(shù)，由單板印制板完成，提高了集成化及可靠性；模塊各部分的電磁兼容設(shè)計(jì)；模塊各部分的電磁兼容設(shè)計(jì)；對(duì)天線(xiàn)的合理分配、布局，以提高傳輸距離；對(duì)天線(xiàn)的合理分配、布局，以提高傳輸距離；簡(jiǎn)化的接口設(shè)計(jì)，

38、增加各接口檢測(cè)功能等。簡(jiǎn)化的接口設(shè)計(jì)，增加各接口檢測(cè)功能等。 l地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng) 地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng)一方面要執(zhí)行上行和下行信息傳輸任務(wù)，一方面要執(zhí)行上行和下行信息傳輸任務(wù)，另一方面也是人機(jī)之間的信息交互設(shè)備。通過(guò)地面人機(jī)交另一方面也是人機(jī)之間的信息交互設(shè)備。通過(guò)地面人機(jī)交互來(lái)控制飛行器，正是互來(lái)控制飛行器，正是微型飛行器微型飛行器不同于有人駕駛飛行器不同于有人駕駛飛行器的特點(diǎn)的特點(diǎn)。 l地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng)n地面測(cè)控地面測(cè)控站的功能站的功能：對(duì)遙控指令的實(shí)時(shí)發(fā)送、處理并在地面終端上顯示；對(duì)遙控指令的實(shí)時(shí)發(fā)送、處理并在地面終端上顯示；對(duì)對(duì)微型飛行器微型飛行器飛行狀態(tài)遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)

39、時(shí)接收；飛行狀態(tài)遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收；對(duì)任務(wù)視頻圖像下傳數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、顯示與記錄；對(duì)任務(wù)視頻圖像下傳數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、顯示與記錄；在地圖背景下實(shí)時(shí)繪制在地圖背景下實(shí)時(shí)繪制微型飛行器微型飛行器航跡；航跡；對(duì)人員調(diào)控指令臨時(shí)上傳；對(duì)人員調(diào)控指令臨時(shí)上傳；對(duì)遙控、遙測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；對(duì)遙控、遙測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)； l地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng)n 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 根據(jù)地面測(cè)控系統(tǒng)的任務(wù)功能要求，其系統(tǒng)應(yīng)至少具根據(jù)地面測(cè)控系統(tǒng)的任務(wù)功能要求，其系統(tǒng)應(yīng)至少具有以下三部分組成：有以下三部分組成：信息接收部分，承擔(dān)接收微型飛行器的信息（包括狀態(tài)、航跡）信息接收部分，承擔(dān)接收微型飛行器的信息（包括狀態(tài)、航跡）進(jìn)行解碼編

40、譯；進(jìn)行解碼編譯；控制部分，提供操作平臺(tái)控制部分，提供操作平臺(tái)(如鍵盤(pán)、手柄等如鍵盤(pán)、手柄等)，便于地面人員實(shí)，便于地面人員實(shí)時(shí)控制飛行器的飛行和執(zhí)行任務(wù)；時(shí)控制飛行器的飛行和執(zhí)行任務(wù)；顯示部分，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示飛行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，繪制微型飛行顯示部分，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示飛行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，繪制微型飛行器的航跡，對(duì)微型飛行器傳回的視頻圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并器的航跡，對(duì)微型飛行器傳回的視頻圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)備用。存儲(chǔ)備用。 l地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng)n地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 地面測(cè)控系統(tǒng)必須具有良好的人機(jī)界面和方便靈活的地面測(cè)控系統(tǒng)必須具有良好的人機(jī)界面和方便靈活的操作方式。

41、操作方式。測(cè)控系統(tǒng)顯示界面至少需要包括兩部分內(nèi)容：測(cè)控系統(tǒng)顯示界面至少需要包括兩部分內(nèi)容： 一部分是圖形圖像顯示內(nèi)容，包括具有背景地圖一部分是圖形圖像顯示內(nèi)容，包括具有背景地圖的航跡顯示，飛行器姿態(tài)的模擬顯示，對(duì)地面攝的航跡顯示，飛行器姿態(tài)的模擬顯示，對(duì)地面攝像的視頻顯示等；像的視頻顯示等；另一部分是飛行器飛行狀態(tài)參數(shù)，如飛行器姿態(tài)、另一部分是飛行器飛行狀態(tài)參數(shù)，如飛行器姿態(tài)、飛行高度、飛行速度、航向、位置以及參數(shù)的更飛行高度、飛行速度、航向、位置以及參數(shù)的更新等；還有飛行器下傳的傳感器參數(shù)，如陀螺、新等；還有飛行器下傳的傳感器參數(shù)，如陀螺、加速度計(jì)、磁力計(jì)、衛(wèi)星接收機(jī)信息等，此外包加速度計(jì)、

42、磁力計(jì)、衛(wèi)星接收機(jī)信息等，此外包括能源、發(fā)動(dòng)機(jī)、任務(wù)設(shè)備的檢測(cè)信息等。括能源、發(fā)動(dòng)機(jī)、任務(wù)設(shè)備的檢測(cè)信息等。 l地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng)n地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 地面測(cè)控系統(tǒng)必須具有良好的人機(jī)界面和方便靈活的地面測(cè)控系統(tǒng)必須具有良好的人機(jī)界面和方便靈活的操作方式。操作方式。能方便靈活地實(shí)現(xiàn)微型飛行器的指令遙控能方便靈活地實(shí)現(xiàn)微型飛行器的指令遙控 主要由地面測(cè)控裝置的硬件按鍵或手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包主要由地面測(cè)控裝置的硬件按鍵或手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包括遙控飛行指令：如起飛、上升、平飛、盤(pán)旋、下降、著括遙控飛行指令：如起飛、上升、平飛、盤(pán)旋、下降、著陸、返航、加速、減速等，飛行器起飛前自

43、檢：電源、舵陸、返航、加速、減速等，飛行器起飛前自檢：電源、舵機(jī)、任務(wù)設(shè)備、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、功能切換等。機(jī)、任務(wù)設(shè)備、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、功能切換等。 l地面測(cè)控地面測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng)n地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 對(duì)于微小型微型飛行器，考慮到便攜性、經(jīng)濟(jì)性等方對(duì)于微小型微型飛行器，考慮到便攜性、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，可以以便攜式計(jì)算機(jī)、地面收發(fā)信息模塊以及面的要求，可以以便攜式計(jì)算機(jī)、地面收發(fā)信息模塊以及遙控操作器組成設(shè)計(jì)地面測(cè)控站，如下圖所示。遙控操作器組成設(shè)計(jì)地面測(cè)控站，如下圖所示。 微型飛行器微型飛行器其動(dòng)力裝置的主要要求是：重量輕其動(dòng)力裝置的主要要求是：重量輕,體積小，功體積小，功重比大，易

44、于起動(dòng)，可靠性高；此外還有低噪聲，振動(dòng)小，電重比大，易于起動(dòng)，可靠性高；此外還有低噪聲，振動(dòng)小，電磁干擾小等特殊要求。磁干擾小等特殊要求。 目前針對(duì)目前針對(duì)微型飛行器微型飛行器動(dòng)力裝置方案，已經(jīng)使用和研究中的動(dòng)力裝置方案，已經(jīng)使用和研究中的動(dòng)力裝置主要包括：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳、動(dòng)力裝置主要包括：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳、微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、人造肌肉等。微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、人造肌肉等。 考慮到微型飛行器使用條件以及各類(lèi)動(dòng)力裝置技術(shù)可行性考慮到微型飛行器使用條件以及各類(lèi)動(dòng)力裝置技術(shù)可行性的因素，目前，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳是最常用的設(shè)計(jì)。的因素，目前，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳是最常用的

45、設(shè)計(jì)。 n電機(jī)電機(jī) 微型飛行器可用微型飛行器可用的電機(jī)目前有兩種類(lèi)型：的電機(jī)目前有兩種類(lèi)型：有刷電機(jī)有刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 有刷電機(jī)的電刷使用到一定次數(shù)，電刷就被磨損殆盡，有刷電機(jī)的電刷使用到一定次數(shù)，電刷就被磨損殆盡，必須更換電刷。必須更換電刷。 電刷電刷 n電機(jī)電機(jī) 微型飛行器可用微型飛行器可用的電機(jī)目前有兩種類(lèi)型：的電機(jī)目前有兩種類(lèi)型：有刷電機(jī)有刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有電刷，不存在電刷磨損，因此使用壽命無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有電刷，不存在電刷磨損，因此使用壽命遠(yuǎn)大于有刷電機(jī)。遠(yuǎn)大于有刷電機(jī)。 n電機(jī)電機(jī) 微型飛行器可用微型飛行器可用的電機(jī)目前有兩種類(lèi)型：的電機(jī)目前有兩種類(lèi)型：有刷電機(jī)有

46、刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 同樣的電力下，無(wú)刷電機(jī)能比有刷電機(jī)提供更大的動(dòng)同樣的電力下，無(wú)刷電機(jī)能比有刷電機(jī)提供更大的動(dòng)力，效率更高。力，效率更高。 由于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)動(dòng)力足，壽命長(zhǎng)，效率高，目前已由于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)動(dòng)力足，壽命長(zhǎng)，效率高，目前已成成為微型飛行器動(dòng)力裝置為微型飛行器動(dòng)力裝置中的主流。中的主流。 n無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī)KVKV值值 對(duì)于無(wú)刷電機(jī)而言，最為重要的參數(shù)就是對(duì)于無(wú)刷電機(jī)而言，最為重要的參數(shù)就是KVKV值。值。 KVKV值值就是輸入電壓增加就是輸入電壓增加1 1伏特伏特, ,無(wú)刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加無(wú)刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。的轉(zhuǎn)速值。 一般而言一般而言KVKV值越大扭力就越小，值越大扭力

47、就越小，KVKV值越低扭力越大。值越低扭力越大。而對(duì)于螺旋槳而言，越大的槳所需扭力也越大，因此電機(jī)而對(duì)于螺旋槳而言，越大的槳所需扭力也越大，因此電機(jī)的的KVKV值決定了與之相匹配的螺旋槳大小。值決定了與之相匹配的螺旋槳大小。 n無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 以某型以某型KV 值為值為2100的無(wú)刷電機(jī)為例，其在的無(wú)刷電機(jī)為例，其在11.1伏電壓伏電壓下，轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速(不帶槳不帶槳)就是就是2100*11.1=23310轉(zhuǎn)每分鐘。轉(zhuǎn)每分鐘。 該型電機(jī)該型電機(jī)11.1伏電壓下適合用伏電壓下適合用5030槳，若配置槳，若配置8060槳，槳，則會(huì)扭力不足，甚至損壞電機(jī)和電調(diào)。則會(huì)扭力不足，甚至損壞電機(jī)和電調(diào)。 通過(guò)改變電壓，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與之相匹配的通過(guò)改變電壓，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與之相匹配的螺旋槳也可相應(yīng)改變大小。若增大電壓，則電機(jī)轉(zhuǎn)速變高，螺旋槳也可相應(yīng)改變大小。若增大電壓，則電機(jī)轉(zhuǎn)速變高，扭力會(huì)減小，槳需要更小的。反之，降低電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速扭力會(huì)減小，槳需要更小的。反之，降低電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速變小，槳就可以更大一些。變小，槳就可以更大一些。 因此，從某種意義上講，選電機(jī)就是選因此，從某種意義上講，選電機(jī)就是選KV