再谈飞机低高度的异常姿态改出

再谈飞机低高度的异常姿态改出
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再谈飞机低高度的异常姿态改出

再谈飞机低高度的异常姿态改出作者:老虎不在家的围脖05.13 22:58阅读61imgLoading近年来,飞机故障导致航空事故的发生概率稳定下降,但一种新的飞机“特情”却严重威胁着飞行安全,即飞机的异常姿态,尤其是低高度异常姿态。飞行员在平时的航线飞行时,很难遇到极不正常的姿态。一般来说,我们经常训练的低空风切变、地形警告低高度、低高度失速、低高度大坡度、复飞等都属于低高度异常姿态。由于低高度异常姿态留给飞行员的时间反应裕度很小,其对飞行员的技术、心理要求极高,对飞行安全的影响也很大。飞行员在飞行训练和实际飞行中必须认真对待,对动作程序要做到熟记于心并形成条件反射,从而迅速反应并正确改出。低高度异常姿态的危害2016年4月20日,俄罗斯负责事故调查的洲际航空委员会(IAC)发布了迪拜航空在罗斯托夫机场发生的空难事件的阶段性调查报告。报告显示,在飞机复飞过程中,由于在小重量复飞方面准备不足,机组在复飞时使用了过大的推力。机组异常姿态改出能力训练不足,再加上机组疲劳,飞机状态不稳,机组产生了对飞行操纵的错觉,导致了事故的发生。一次简单的复飞为何会导致飞机失控?飞行员为何会操纵失误?在上述空难中,飞机在低空遭遇风切变,在第二次复飞的过程中,在接近目标

高度改平飞机时,机组本应该减小油门,这一方面可以使飞机低头,另一方面可以避免飞机速度增加。但是,机组当时并没有收油门,而是错误地试图只通过顶杆和向前的安定面配平使飞机上升率减小。飞机在复飞后产生了过大的推力,连续通宵飞行的机组异常疲劳,在复飞过程中遭遇风向、风速的快速变化,以及波音737飞机的襟翼由于速度保护来回自动收放等因素的共同影响,导致机组对垂直运动加速度的感知出现了混乱,进而在油门、驾驶杆和安定面配平的使用上出现了混乱。执飞本次航班的飞行员在向下修正飞机时,没有收油门,而是粗猛稳杆,并使用大量向下的配平修正飞机。结果,飞机快速下坠,机组没能修正错误,飞机以超过600公里每小时的速度和超过50度的倾斜角度撞地。飞机从900米的高度到坠地,也就5秒~6秒的时间,机组几乎没办法改出。我们再来看另外一个教训:一架重型波音747飞机在某机场起飞后,因为对米制高度不熟悉,飞机在900英尺强制改平。由于飞机大推力、大姿态,机组粗猛操纵,飞机从大上升率改变成下降率后,惯性太大,飞机在几秒钟后就触地。我们在进行安全管理时,经常会说某些差错是可以接受的,某些错误是不能接受的。低高度异常姿态发生的概率非常低,但飞行员在实际遇到之后,如果准备不足,操纵失误就可能导致机毁人亡。近5年来,已经有4起以上由于机组低空异常姿态改出错误导致的空难。这是我们很难接受

的,也是低高度异常姿态最严重的危害。控制飞机状态最重要前不久流传很广的《复飞是救命》一文的作者提出:在不成功的进近后,飞行员取消着陆意愿,选择复飞,也许是保证飞行安全的最有效手段。但是,喜欢思考的飞行员都会问“然后”:复飞以后,我们能安全顺利地从复飞这种异常姿态改成正常飞行状态吗?我们发现,复飞以后,由于机组失去了情景意识和对飞机的控制,频繁出现擦机尾、擦翼尖、失去对飞机的速度和高度控制等一系列不安全事件。在最近召开的某机型技术研讨会上,有飞行员建言:如果飞机在低高度复飞,飞机状态控制是第一位的,而程序操作甚至可以放在后面。他们建议,飞机在低于50英尺以后复飞,叫终止着陆,飞行员应立即柔和地改变飞机姿态,迅速稳定增加油门,在飞机完全从下降状态改为上升状态后,再改变飞机升阻比的飞机状态,收襟翼和起落架。虽然这不是推荐的标准程序,而是一种研讨,但我们可以看出飞行员在任何时候控制飞机状态的重要性。当然,我们还可能遇到比复飞更严峻的异常姿态。飞机在低高度飞行时,在飞行员没有准备的情况下,进入了飞机仰角向上超过25度,俯角向下超过10度,机翼坡度超过45度,空速读数不正常地增加或减少,这四种情况都属于低高度异常姿态。为什么机组在从这种极端的异常姿态中改出时容易出现错误动作?因为我们正在忘记如何飞行。对于现代航班运行,飞行自动化使飞行员的

手动操纵能力不断下降。现代民用飞机的制造理念大都是尽量利用自动设备,以取代飞行员的手动操作,降低飞行员的工作强度。但在极端条件下,自动驾驶仪不能很好地处理异常姿态。此时,飞机要交给飞行员来处理和管控,而控制住飞机就是其最重要的一个任务。在迪拜航空空难事件中,机组在低高度异常姿态改出的失误直接导致了毁灭性的灾难。机组在遇到低高度异常姿态时,首先要判断、确认情况,随后尽可能使用升降舵减小姿态,适度使用安定面配平,减小推力。也就是说,要找到异常姿态的原因,并进行修正。在这起空难中,机组感觉遭遇了风切变,油门加到最大,在飞机改平的过程中,飞机操纵困难,这是大推力导致的大姿态,一味地减小姿态是无济于事的。异常姿态发生的概率并不高,所以飞行员一般都没有心理预期。一旦遭遇,控制飞机状态是最重要的。机组初期都会有些忙乱,要立即上手,通过“一杆两舵”并配合油门进行人工操作纠正,以扼制飞行状态进一步恶化,尽可能将飞机恢复到可控的安全状态。飞行员要有强烈的情景意识、高超的操纵技能和临危不乱的心理素质,对飞机状态非常了解,并对油门姿态和速度的配合一清二楚。了解飞机能量状态和管理imgLoading为避免进入异常姿态,或者进入异常姿态后能安全改出,飞行员一定要熟悉飞机处于异常姿态时应用的空气动力原理,并熟练掌握改出的方式和技巧。在平日正常飞行时,我们都完全熟悉飞

机的操作技巧。如果操纵向后带杆,飞机仰角增加,则高度自然会增加;飞机在平飞时,如果增加推力,则空速自然会增加。然而,当飞机飞行处在边际状态时,就会有不同的情况发生。例如,我们很少听说飞机全推力失速,即飞机在最大推力情况下失速,但这并不是危言耸听。因飞机积冰或机械故障,大型客机操作效能下降,在小重量、大推力的情况是有可能发生的。大型民航客机设计要求,飞机在低高度下为了保持较低空速的飞行姿态,必须维持较大的推力。此时,如果大幅增加飞机仰角,飞机高度可能非但不会上升,反而会下降。也许,我们应该了解飞机的能量状态和能量管理。飞行中的飞机有三种能量运作,即动能、势能和飞机油门。这三种能量是可以相互交换的,只是这种交换通常要付出增加额外阻力的代价。此种刻意将飞机的几种能量相互转换、处理的过程,被称为能量管理。而我们的飞机处于低高度异常姿态时,有可能动能速度很小,势能高度很低,油门也不在我们熟悉的位置上。现代民航客机往往质量较大,改变姿态需要的时间比小型飞机长。这是由于飞机惯性的缘故。有时,在飞机下降过程中,不是推油门、带杆就能改出下降状态的,我们熟悉并依赖的飞机性能可能在关键时刻“掉链子”。所以,我们设定了安全边界、最低下降高度和能见度标准。这是我们飞行的底线和红线。在异常姿态改出时,同样如此。飞行员越早处理异常姿态,就会越主动,

绝对不要盲目相信飞机的性能。异常姿态改出,就是要合理、迅速、准确地处理这些能量的互换,将飞机动能保持在限定范围内(失速及超速限度内),位能保持在限度中(飞越地障与低速抖动之间),以及飞机的油门控制相对应的位置上。了解这些观念,对于将飞机从异常姿态中改出是非常重要的。飞机制造商都认为,其建议的改出技巧能以合逻辑的方式,将飞机从异常姿态中改出来。在快速检查单的最后部分,都有专门讲述飞机异常姿态改出的章节,包括风切变、地形警告、超速和失速等动作要求。这些动作都是记忆程序,飞行员应该仔细研究,并熟悉记忆形成条件反射。一旦遇到这些情况,我们处理起来才不会手忙脚乱。改出异常姿态的技巧我们可以将一般不正常姿态的改正方式和技巧,归纳为两大类型——俯仰大姿态机头偏高和俯仰小姿态机头偏低,而且可能伴随大坡度的情况。在所有不正常姿态中,飞行员应该记住,在进行其他动作之前,失速改正应当先做。从失速中改正,第一件事,就是要减少仰角。放低机头并且保持住,直到机翼不再失速为止。我们有可能在遭遇颠簸、尾流或不对称推力等情况下遇到机翼大坡度的操作,这超越了正常的需求。我们将异常姿态定义为机翼超过45度,然而它有时可能超过90度。任何时候,当机翼不在0度坡度(机翼不在水平位置)时,机翼上产生的升力就不再等于飞机的重力了。而且如果为了保持飞机的高度,就必须大于1个重

力加速度(G)飞行。当飞机机翼大过67度时,飞机的G

负荷将会到达2.5G,超出飞行手册的限制,而无法做保持高度的水平飞行了。所以,我们要在飞机大坡度飞行时增加空速,其主要目的就是要增加飞机的升力,以抵消飞机的重力。当机翼超过60度时,飞行员盲目地使用升降舵将机头带高,会产生无法估量的俯仰姿态改变,亦可能超过正常的飞机结构负荷限制,就好像机翼的攻角处于失速状态。而当升力向量越趋近于垂直(机翼水平),改正时就会施予越大的G力。采取柔和但果断的改正动作,有可能需要全行程的横向操作。如果还是无法有效地改出,这个时候甚至需要向改出的方向用一点点舵。切记:仅仅需要小量的方向舵操作份量,过多的份量或过快、过久的操作,都可能导致飞机失去横向和方向的控制,甚至可能导致飞机结构受损。飞行员在低高度俯仰角度大,坡度太大的状态改正必须非常谨慎。压大坡度本来对于机头偏高的姿态改正非常有用,但我们应该用能量管理的概念,先保持飞机机翼坡度,使用升降舵,操控降低机头,达到所想要的姿态。然后一旦当俯仰姿态达到所想要的位置时,再改平机翼。之后再检视空速是否恰当,恢复平飞姿态。当飞机处于机头偏低,大坡度的状态时,飞行员就必需采取非常敏捷的改正动作。因为这时飞机的高度低,正快速地从势能转换成动能(空速)。就算飞机处于非常高的高度,也有撞地之虞,但是此时飞机的空速正在急速增加,

可能超过飞机的设计限制。因此,可能需要同时改正摇滚及调整推力。当飞机坡度超过90度时,可能需求使用升降舵压低机头,以期限制住飞机的升力(反向)。这种反向升力甚至可能使飞机机头对地面飞行。这也会使得机翼攻角减低,而期能达到更佳的摇滚改正操作能力。向靠地平线最近的方向,柔和地摇滚改正出来,必要时,可能需要使用副翼和扰流片全行程的操作量。特别要注意的是,在改正过程中,绝对不可以增加G负荷,在机翼改平之前,绝不可以使用升降舵带起机头,或是水平安定面的调整。必要时,飞行员可视情况使用减速板。飞行安全还是要靠训练imgLoading

飞行员的飞行技能,需要大量的练习才能提高得心应手控制飞行状态的能力,进一步熟练以“姿态”信息为中心的注意力分配技巧,可以在飞机异常姿态出现前就可以发现飞行偏差和变化趋势的敏锐判断能力,可以进一步强化“人机合一”的飞行信心。低高度的异常姿态也是近期才出现在我们的检查单和模拟机的训练科目中,但由于飞机模拟机的特点,对飞机低高度的异常姿态的改出,改出风切边遭遇的天气不能很好的模拟,对飞机低高度失速和对飞机俯仰异常并伴随着大坡度的科目无法设置,间接增加了飞行员训练的难度,这都是需要相关管理部门尽快拿出解决方案的。各航空公司都应该重视飞行机组的异常姿态改出练习,在训练大纲中都将其作为必练必考项目。在训练课目设置上、在时间分配上、

在检查员考试出题上,对这些课目也应该重点覆盖,异常姿态的重点课目包括风切边,地形警告低高度,全推力失速,低高度大坡度,失速超速,更要增加双发人工模式时不同情况下的复飞训练,包括从不同高度复飞,以及小重量的复飞的训练。俗话说的好,有备无患,只有我们了解异常姿态,并对它的改出了如指掌,我们突然遇到后,第一时间控制好飞机的状态,才能临危不乱,安全改出。

飞机安全座位图

“飞机安全座位图”窜红网络飞机安全座位图是指飞机出事时,飞机座位相对安全的位置。但科学性还有待证实。 图中红色座椅标示"基本上挂了",绿色座椅标示"还可以活下来做俯卧撑",机头三排存活率最高65%,机翼内侧次之,机尾三排存活率尚可。黄色座位表示"生存几率较大"。 伊春空难之后,网络上迅速流传出一份《飞机座位安全指数分布图》,给飞机不同部位的位置进行了安全性分级。而正当很多人按图索骥,打算以后都尽可能选择图中所示相对安全指数最高的飞机机翼位置时,另一份“8·24”遇难者座位图又现身网络,而这份图则显示,飞机前后舱相对安全,中间最致命。面对前后矛盾,但似乎又都言之凿凿的说法,专业人士能否拯救人们的“安全位置选择恐慌症”? 英国民航局曾委托格林威治大学进行调查,研究对象包括105次飞机坠机与火灾事件中幸免于难的幸存者。结果显示,坐在紧急出口附近5排

以内靠过道座位上的乘客从飞机上成功逃生的几率最大。这也就是网络热传的“飞机安全位置图”所显示的结论。 “从结构上来讲,机翼附近的隔框一定是加强框,因为这个附近受到机翼传来的力和力矩都很大。再加上这个机翼附近的座位距离逃生门也很近,所以分析起来这个地方又结实又跑得快,进可守退可跑。”一位飞机制造专家说。但一位航空安全专家也提出其他观点:“我认为飞机尾部相对安全,一般空难中机头受到的冲击更大。” 但也有航空专家认为,在飞机正常飞行过程中,机头将会是一个高应力点,机翼和尾翼与机身的连接处,也是一个高应力点,即应力集中的位置。机翼和风的接触面积大于尾翼和风的接触面积,那么机翼和机身连接处受到的风载荷大于尾翼,所以,机翼和机身的连接处是正常飞行情况下最危险的位置。[2] 中国科学院力学研究所博士赖姜运用力学原理进行分析,在飞机正常飞行过程中,机头将会是一个高应力点,机翼和尾翼与机身的连接处,也是一个高应力点,即应力集中的位置。机翼和风的接触面积大于尾翼和风的接触面积,那么机翼和机身连接处受到的风载荷大于尾翼,所以,机翼和机身的连接处是正常飞行情况下最危险的位置。“如果飞机发生坠落,一般情况下,飞机与地面发生碰撞,首先接触地面的会是机头。机头接触地面以后会受到很大的阻力,机头部位的动能和动量会在很短的时间内降到零。机头后面的部分,由于惯性以及本身的动能和动量,在整个机身上将会产生很大的弯矩。飞机与地面碰撞时,一般容易发生飞机从机身中部

轴飞行器作品说明书

四轴飞行器 作品说明书 摘要 四轴飞行器在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器,四轴飞行器硬件结构简单紧凑,而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案,软件算法,包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。 关键词:四轴飞行器;姿态;控制

目录 1.引言 (1) 2.飞行器的构成? (1) .硬件构成..............................................1? 机械构成 (1) 电气构成 (3) .软件构成 (3) 上位机 (3) 下位机........... . (4) 3.飞行原理........... ................................ (4) . 坐标系统 (4) .姿态的表示 (5) .动力学原理 (5) 4.姿态测量........... ................................ (6) .传感器校正 (6) 加速度计和电子罗盘 (6) 5.姿态控制 (6) .欧拉角控制 (6) .四元数控制 (7) 6.姿态计算 (7) 7.总结 (8) 参考文献 (9)

四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS?传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及,四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天,四轴飞行器已经应用到各个领域,如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等。 目前应用广泛的飞行器有:固定翼飞行器和单轴的直升机。与固定翼飞行器相比,四轴飞行器机动性好,动作灵活,可以垂直起飞降落和悬停,缺点是续航时间短得多、飞行速度不快;而与单轴直升机比,四轴飞行器的机械简单,无需尾桨抵消反力矩,成本低?。 本文就小型电动四轴飞行器,介绍四轴飞行器的一种实现方案,讲解四轴飞行器的原理和用到的算法,并对几种姿态算法进行比较。 2.飞行器的构成 四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器,四轴飞行器的硬件比较简单,而把系统的复杂性转移到软件上,所以本文的主要内容是软件的实现。? .硬件构成? 飞行器由机架、电机、螺旋桨和控制电路构成。 机械构成? 机架呈十字状,是固定其他部件的平台,本项目采用的是碳纤维材料的机架。电机采用无刷直流电机,固定在机架的四个端点上,而螺旋桨固定在电机转子上,迎风面垂直向下。螺旋桨按旋转方向分正桨和反桨,从迎风面看逆时针转的为正桨,四个桨的中心连成的正方形,正桨反桨交错安装。 CA D设计机架如图: 整体如图2-1: 电气构成 电气部分包括:控制电路板、电子调速器、电池,和一些外接的通讯、传感器模块。控制电路板是电气部分的核心,上面包含MCU、陀螺仪、加速度计、电子罗盘、气压计等芯片,负责计算姿态、处理通信命令和输出控制信号到电子调速器。电子调速器简称电调,用于控制无刷直流电机。 电气连接如图2-2所示。 .软件构成

飞机控制系统的外回路主要用于控制和操纵飞机的姿态运动

901 飞机控制系统的外回路主要用于 3 控制和操纵飞机的姿态运动控制飞机质心的轨迹运动 控制和操纵飞机的航路控制飞机外部操纵系统 902 飞机的自动驾驶仪通常有()两个通道。 2 速度通道和姿态通道横滚通道和俯仰通道数字通道和模拟通道计算通道和控制通道 903 现代民航飞机多采用的座舱压力控制器是 4 直接气动式间接气动式主动控制式电子式 904 消除刹车松软的有效措施是()。 4 更换刹车摩擦块用清洁剂清洁刹车块润滑刹车块刹车系统排气905 自动驾驶仪由()组成。2 计算机、控制面板、惯导系统、飞行管理系统 传感器、控制面板、反馈回路、伺服系统、比较放大器 传感器、计算机、控制面板、显示控制组件、显示器 陀螺、推力管理系统、反馈回路、伺服系统、比较放大器 906 下列哪一项不是电子式防滞系统的功能? 4 接地保护锁轮保护控制机轮滑移率控制刹车计量活门来调定刹车压力907 确定刹车系统中存在的空气已全部排除的方法是()。 3 观察刹车脚蹬行程 观察液压油箱的目视油量表,直到无液体流动为止 连接放气管到刹车装置放气活门,实施刹车,直到流出的油液没有气泡 实施刹车时,观察刹车压力表是否平稳地向全刻度方向偏转 908 定量泵液压系统,发现比平时卸荷频繁,然而又没有不正常的渗漏现象,其最大可能原因是()。4 安全活门调节的压力过高。油箱通气管堵塞。油箱中的油液过多。储压器充气压力不足。 909 当给液压系统储压器放气时,如果液压油从充气活门芯中放了出来,这表明()。 4 储压器充气压力过大。系统压力过高。单向活门内漏。储压器活塞密封损坏。

910 外场检查多盘式刹车装置磨损量的方法是()。 3 用专用测量塞规测量刹车盘片间隙松开停留刹车,观察磨损指示销伸出量设置停留刹车,观察磨损指示销伸出量用探伤方法探测刹车片表面状态 911 电子式防滞刹车系统比惯性传感器式的防滞系统效率高的原因是()。 3 利用轮速传感器感受机轮的减速度连续控制飞机的滑跑速度 连续控制机轮与地面之间的滑移率在飞机着陆后驾驶员可以把脚蹬踏板压倒最大刹车压力位置 912 惯性防滞刹车系统中防滞传感器的功用是()。 4 减小刹车阻力提高刹车效率减小刹车压力感受机轮的滞动情况 913 前轮转弯系统中压力补偿器的作用为()。 2 提高液压供油压力使转弯作动筒的低压腔保持一定的压力,实现中立减摆 当供压系统失效时,作为应急动力源拖行释压 914 现代民用运输机主油箱的型式为()。 4 软式油箱硬式油箱半硬式油箱结构油箱 915 组成定量泵卸荷系统的基本附件,除了液压泵外应有()。 4 安全活门、选择活门、旁通活门和作动筒。单向活门、选择活门、安全活门和储压器。 单向活门、安全活门、卸荷活门和作动筒。单向活门、卸荷活门和储压器。 916 轮胎充气压力过低,对轮胎磨损情况的影响是()。 2 不引起轮胎特殊损伤引起胎肩过度磨损引起整个胎面过度磨损引起胎缘损伤 917 在拆卸一个液压系统的增压油箱之前()。 2 要操纵液压系统工作,以释放压力。通过人工释压活门释放油箱中的空气压力。 要释放储压器的压力。要断开所有电源。 918 对于压力加油系统,当油箱油量达到设定油量时,如何关断加油活门?3 人工监控油箱加油流量表,当加油流量减小到规定值时,手动关断 人工监控油箱油量表,手动关断 利用浮子电门,自动关断 利用浮子直接堵住加油管,加油活门在回压作用下关闭 919 下面哪条不是对放油系统的要求? 3

四轴飞行器电机控制模块设计

四轴飞行器电机控制模块设计

密级: NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文THESIS OF BACHELOR (2011—2015年) 题目四轴飞行器电机控制模块设计 学院:信息工程学院系自动化系专业班级:测控技术与仪器111班学生姓名:吕晴学号:5801211011 指导教师:张宇职称:讲师起讫日期:2015-3-5 ~ 2015-6-2

南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期: 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□,在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 (请在以上相应方框内打“√”) 作者签名:日期: 导师签名:日期:

摘要 四轴飞行器电机控制模块设计 专业: 测控技术与仪器学号: 58012110011 学生姓名:吕晴指导老师:张宇 摘要 本课题是针对四轴飞行器在已经获得传感器测得的精确数据的情况下,设计合理的电路和算法,实现四轴飞行器稳定飞行和各种姿态变换。本课题的主要内容是对四轴飞行器的电机控制模块进行软硬件设计。 四轴飞行器是智能机器人的一种,它是由四个旋翼旋转产生升力,通过协调各旋翼的转速来实现飞行器的姿态控制。与传统的无人机相比,四轴飞行器具有很强的机动灵活性和载荷能力,特别适合在理想稳态或者准稳态的飞行条件下进行全方位垂直起降,在军事和民用领域均拥有广阔的发展前景[2]。 本论文对四轴飞行器的电机控制模块进行了调研,并设计出了相关的硬件电路板以及软件控制算法。具体内容如下: 首先建立四轴飞行器的动力学模型,四轴飞行器的动力学建模分为力学建模和运动学建模两个部分,总体思想是将四轴飞行器看作一个刚体,选定当前的姿态角和目标姿态为输入量,在理想的条件下,推导出控制四轴飞行器所需的四个电机的控制量作为输出量的方程,即建立四轴飞行器受力与姿态之间的关系。 其次对四轴飞行器电机控制模块进行合理的硬件设计,硬件部分分为了电源模块、主控模块、电机驱动模块、检测模块、无线通讯模块五个模块。其中选择了STM32系列单片机作为主控模块的微处理器,选择了三相无刷直流电机作为动力源,无刷电调对其进行调速。 再次设计合理的控制算法,本课题采用了经典PID算法,临界比例度法对PID参数进行了初步整定,再在试验中对参数进行微调。 最后针对四轴飞行器电机控制模块设计了合理的软件流程。 关键词:四轴飞行器;动力学模型;电机;PID控制算法

四轴飞行器原理、设计与控制

四轴飞行器原理、设计与控制 四轴飞行器设计与用途 学院:广东白云技师学院 专业:电子信息工程与电气技术(技师本科) 制作学生:邹剑平 指导老师:廖高灵 四轴飞行器简介 配置: 单片机AVRATMEGA168PA 三轴数字陀螺仪MPU—3050电机(无刷)XXD22121000KV电子调速器(无刷)好盈天行者40A螺旋桨1045 电池格氏2200mAh11.1V25C机架DIY 机架材料玻璃纤维铝合金 四轴飞行器飞行原理 重心的距离相等,当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡,四轴不会向任何一个四轴飞行器有四个电机呈十字形排列,驱动四片桨旋转产生推力;四个电机轴距几何中方 向倾转;而四个电机一对正转,一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡,保证了四轴航向的稳定. 此飞行控制板规定四轴电机的排布方式如图所示:前(1号),后(4号),右(3号),左(2号). 1,4号电机顺时针方向旋转,2,3号电机逆时针方向旋转.四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向和偏航方向上的运动:

当四轴需要向前方运动时,2,3号电机保持转速不变,1号电机转速下降,4号电机转速上升,此时4号电机产生的升力大于1号电机的升力,四轴就会沿几何中心向前倾转,桨叶升力沿纵向的分力驱动四轴向前运动. 当四轴要转向左转向时,1,4号电机转速上升,2,3号电机转速下降,使向左的反扭距大于向右的反扭矩,四轴在反扭距的作用下向左旋转. 四个桨产生的推力,超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与下降的运动,当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停. 其他方式的运动原理与以上过程类似.四轴飞行原理虽然简单,但实现起来还需很多工作要做. 四轴飞行器控制流程图 四轴飞行器的优点 四轴飞行器与其他飞机比较相对稳定性高;四轴飞行器与其他飞机比较相对抗风能力强;载重量大(本机最大安全载重1100g);姿态灵活,反应速度快;可超低空飞行; 四轴飞行器主要用途 可做无人侦察机,空中航拍(FPV),可作为新型微型机器人。娱乐飞行表演 四轴飞行器的特点及魅力除了深受DIY爱好者的青睐之外,还有几点供大家品味: 1、是它的相对简单地机械构造。正因为简单,安全指数大大提高。 无论是作为航空模型还是作为遥控平台,安全永远是第一位的。 2、是它的相对稳定性。飞行姿态平滑稳定,机械振动被仅可能地减小是四轴的又一魅力,装载图像设备再好不过了。 3、是它的相对成本低廉,花尽可能少的钱获取最大的性价比是我们追求的境界,为工业开发其商业用途奠定了必要的基础。

飞行器姿态控制法综述

飞行器姿态控制方法综述 一.引言 经过一个世纪的发展,各种飞行器如雨后春笋般出现,从飞机、导弹到火箭、卫星,从宇宙飞船、航天飞机、空间站到月球探测器、火星探测器。这些飞行器能在空中按预定的轨迹运动总离不开它的姿态控制系统,飞行器在空间的运动是十分复杂的。为使问题简单化,总是将一飞行器的空间运动分解为铅锤平面的纵向运动和水平面内的侧向运动,将飞行器在空间的角运动分解成俯仰、偏航和滚动三个角运动。由于角运.动使飞行器的姿态发生变化,所以对角运动的控制就是对飞行器姿态的控制。对于飞行器姿态的控制,不同的飞行器需要不同的策略,本文主要就飞行器姿态控制方法的应用与发展作一一论述。 二.姿态控制的数学模型 要控制飞行器的姿态,就是要控制使飞行器三个姿态角发生变化的力矩大小。飞行器的姿态模型可以认为是一类不确定MIMO 仿射非线性系统,如式(1)所示: ()//()//()//(cos sin )/cos cos sin sin tan cos tan x y z y x x x x x z x x x y y y x x y x y z z z x x x z x y z I I I M I I I I M I I I I M I ωωωωωωωωωψ ωθωθ??ωθωθ θωθ?ωωθ?=-+??=-+??=-+??=-??=+?=+-?? (1) 式中,x 、y 、z 下标表示空间飞行器的三个主轴方向;I 表示相对于飞行器质心的惯量矩,设飞行器是主轴对称的,则惯量积可以忽略;ω表示飞行器相对于惯性空间的角速度;M 表示控制力矩;,,ψ?θ分别是飞行器的欧拉角。控制了M 的大小,就可以控制飞行器按我们期望的轨迹运动。M 由飞行器上的执行机构产生,常见的有空气舵、推力矢量发动机、反作用飞轮、喷气执行机构或由其它环境力执行机构。 三.飞行器姿态控制方法 3.1空气动力控制 根据运动的相对性原理和气体流动时的基本定律,当飞行器在大气中以一定

新手必读——飞机座舱基本仪表及基础飞行注意力分配浅谈

新手必读FSAAC飞行学院 飞行技术基础理论课程—— 飞机座舱基本仪表及基础飞行注意力分配浅谈 AAC-4541 民航飞机的座舱内,主要有六个最基本的仪表,其仪表分布规则为两排,每排三个仪表,上排按秩序为空速表、姿态仪、高度表;下排为转弯侧滑仪、航向仪、升降速度表。其中,空速表、姿态仪、高度表及航向仪为飞机最最重要且必不可少的四个仪表。常被称作BasicT,如下图中红色T所表示的部分。 一、飞机6个基本仪表介绍 空速表(Airspeed Indicator):指示飞机相对于空气的速度即指示空速的大小,单位为海里/小时(Kt)。 姿态仪(Attitude Indicator):指示飞机滚转角(坡度)和俯仰角的大小。有固定的横杠或小飞机和人工活动的天地线背景组成,

参照横杠与人工天地线的相对姿态模拟了真实飞机与实际天地线的相对姿态。 高度表(Altitude Indicator):指示飞机相对于某一气压基准面的气压高度,单位为英尺(ft),一米等于3.28英尺。拨动气压旋钮可以选择基准面气压,基准气压的单位通常为英寸汞柱和毫巴(百帕)。当基准气压设定为标准海平面气压29.92inHg(1013.2Hpa)时,高度表读数即为标准海压高度。 转弯侧滑仪(Turn Coordinator),指示飞机的转弯速率和侧滑状态,可以转动的小飞机指示转弯中角速度大小和近似坡度,可以左右移动的小球指示飞机的侧滑状态。 航向仪(Heading Indicator)或水平状 态指示器(HIS):指示飞机航向,有固定的 航向指针和可以转动的表盘组成。HIS为较高 级别的仪表形式,它除了可以提供航向仪的 所有功能外,还可用于VOR导航和仪表着陆 系统(ILS)的使用。 升降速度表(Vertical Speed Indicator):指示飞机的垂直速度单位为英尺/分钟(Ft/Min)。 不管飞机如何变化,“BasicT”的相对位置的固定的。转弯侧滑仪可以在电子仪表中集合到姿态仪里,升降速度表可以集合到高度表中。现代大型飞机上普遍采用多功能组合型仪表,将以前需要多个仪表才能提供的信息显示在单个仪表上,使用由计算机驱动的阴极射线

四轴飞行器说明书

四轴飞行器 作品名称:四轴飞行器 工作原理:四轴飞行器主机采用了意法半导体公司的STM32F103CBT6处理器,该芯片采用ARM32位Cortex-M3内核。具有128K的Flash与20K的SRAM,内部具有锁相环模块,最高频率可达到72MHZ。板载MPU6050,该芯片整合了3轴陀螺仪与3轴加速器的6轴运动处理组件,与处理器采用I2C通信进行数据传送。主机与遥控之间采用的是NRF24L01+模块,该模块工作在2.4~2.5GHz全球免申请ISM工作频段。支持125个通讯频率。使用增强型的Enhanced ShockBurst传输模式,支持6个数据通道(共用FIFO)。通过SPI与MCU连接,速率0~8Mbps。理论传输距离可达到2KM。 飞行器遥控器亦采用STM32F103CBT6处理器,通过摇杆的X,Y轴输出为两个电位器,再通过AD转换读出扭动角度,从而在程序内部定义其所读取角度信息的动作映射。遥控器具有三组微调旋钮,可以调整到其水平位置。遥控器也使用NRF24L01+芯片与飞行器主机进行数据传输。遥控器板载TP4057芯片,可以直接给电池充电。并且使用蜂鸣器,对主机状态(例如:无法连接,低电压,连接断开等)进行报警。 制作材料: 1.STM32F103CBT6:该芯片由意法半导体生产,采用ARM32位Cortex-M3内核。 具有128K的Flash与20K的SRAM,芯片集成丰富的外设,例如:定时器,CAN,ADC,SPI,I2C,USB,UART,PWM等。内部具有锁相环模块,最高频率可达到72MHZ。 2. MPU6050,全球首例整合性6轴运动处理组件,整合了3轴陀螺仪、3轴加速器, 并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌的加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎,由主要I2C端口以单一数据流的形式,向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库,可处理运动感测的复杂数据,降低了运动处理运算对操作系统的负荷,并为应用开发提供架构化的API。 3. NRF24L01+:一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz~2.5 GHz ISM频段。 内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时,工作电流也只有9 mA;接收时,工作电流只有12.3 mA,

四轴飞行器姿态控制算法

姿态解算 姿态解算(attitude algorithm),是指把陀螺仪,加速度计, 罗盘等的数据融合在一起,得出飞行器的空中姿态,飞行器从陀螺仪器的三轴角速度通过四元数法得到俯仰,航偏,滚转角,这是快速解算,结合三轴地磁和三周加速度得到漂移补偿和深度解算。 姿态的数学模型坐标系 姿态解算需要解决的是四轴飞行器和地球的相对姿态问题。地理坐标系是固定不变的,正北,正东,正上构成了坐标系的X,Y,Z轴用坐标系R表示,飞行器上固定一个坐标系用r表示,那么我们就可以适用欧拉角,四元数等来描述r和R的角位置关系。 姿态的数学表示 姿态有多种数学表示方式,常见的是四元数,欧拉角,矩阵和轴角。在四轴飞行器中使用到了四元数和欧拉角,姿态解算的核心在于旋转。姿态解算中使用四元数来保存飞行器的姿态,包括旋转和方位。在获得四元数之后,会将其转化为欧拉角,然后输入到姿态控制算法中。姿态控制

算法的输入参数必须要是欧拉角。AD值是指MPU6050的陀螺仪和加速度值,3个维度的陀螺仪值和3个维度的加速度值,每个值为16位精度。AD值必须先转化为四元数,然后通过四元数转化为欧拉角。在四轴上控制流程如下图: 下面是用四元数表示飞行姿态的数学公式,从MPU6050中采集的数据经过下面的公式计算就可以转换成欧拉角,传给姿态PID控制器中进行姿态控制.

PID控制算法 先简单说明下四轴飞行器是如何飞行的,四轴飞行器的螺旋桨与空气发生相对运动,产生了向上的升力,当升力大于四轴的重力时四轴就可以起飞了。四轴飞行器飞行过程中如何保持水平:我们先假设一种理想状况:四个电机的转速是完全相同的是不是我们控制四轴飞行器的四个电机保持同样的转速,当转速超过一个临界点时(升力刚好抵消重力)四轴就可以平稳的飞起来了呢?答案是否定的,由于四个电机转向相同,四轴会发生旋转。我们控制四轴电机1和电机3同向,电机2电机4反向,刚好抵消反扭矩,巧妙的实现了平衡, 但是实际上由于电机和螺旋

四轴飞行器名词解释

四轴飞行器名词解释 网上找的,自己稍微整理的一下: 1、遥控器篇 什么是通道? 通道就是可以遥控器控制的动作路数,比如遥控器只能控制四轴上下飞,那么就是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有:上下、左右、前后、旋转 所以最低得4通道遥控器。如果想以后玩航拍这些就需要更多通道的遥控器了。 什么是日本手、美国手? 遥控器上油门的位置在右边是日本手、在左边是美国手,所谓遥控器油门,在四轴飞行器当中控制供电电流大小,电流大,电动机转得快,飞得高、力量大。反之同理。判断遥控器的油门很简单,遥控器2个摇杆当中,上下板动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。 2、飞行控制板篇 飞控的用途? 四轴飞行器相对于常规航模来说,最最复杂的就是电子部分了。之所以能飞行得很稳定,全靠电子控制部分对四轴飞行状态进行快速调整。在常规固定翼飞机上,陀螺仪并非常用器件,在相对操控难度大点的直机上,如果不做自动稳定系统,也只是锁尾才用到陀螺仪。四轴飞行器与其不同的地方是必须配备陀螺仪,这是最基本要求,不然无法飞行,更谈不上飞稳了。不但要有,还得是3轴向(X、Y、Z)都得有,这是四轴飞行器的机械结构、动力组成特性决定的。在此基础上再辅以3轴加速度传感器,这6个自由度,就组成了飞行姿态稳定的基本部分,也是关键核心部分---惯性导航模块,简称IMU。飞行中的姿态感测全靠这个IMU了,可见它是整架模型的核心部件。 什么是x模式和+模式?说白了就是飞行器正对着你本人的时候是呈现X形状还是+形状,之前有介绍过四轴原理的,前进的时候后面加速前面减速两侧不变那个是针对+模式的,而如果是X模式的话,前进就需要后面两个同时加速,前面两个同时减速了。据说X模式的稳定性比+模式的稳定性要高点。 注意:考虑到飞控板上的陀螺仪安装的是固定的,所以,模式不同的话飞控板的安装方向也是不同的。 3、电调篇 为什么需要电调? 电调的作用就是将飞控板的控制信号,转变为电流的大小,以控制电机的转速。 四轴飞行器四个桨转动时的离心力是分散的。不象直机的桨,只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离心力,保持机身不容易很快的侧翻掉。所以通常用到的舵机控制信号更新频率很低。四轴为了能够快速反应,以应对姿态变化引起的飘移,需要高反应速度的电调,常规PPM电调的更新速度只有50Hz左右,满足不了这种控制所需要的速度,且PPM电调MCU内置PID稳速控制,能对常规航模提供顺滑的转速变化特性,用在四轴上就

通用航空飞机机型汇总与介绍

通用航空飞机机型汇总 与介绍 文稿归稿存档编号:[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

运输五型 MADE IN CHINA 中国产运输五B(D)型飞机是中华人民共和国民航总局唯一批准载客飞行的单引擎飞机,是中国农林化、航测等飞行主要机型。 运输八型 运八型飞机是中国产全气密民用货机,广泛用于普通及鲜活货物运输。 MD600N型直升机WORLD IMPORT TO CHINA ’S HELICOPTERS MD600N是一种轻型单发涡轮轴直升机,可以载客:7~8名,7-8 SEAT ,中国引进的无尾桨型直升机。 MD902型直升机WORLD HELIS IMPORT TO CHINA MD902是一种轻型双发涡轮轴直升机,可以载客8名,8 SEAT,新一代无尾桨型直升机。C172型(天鹰) C172型飞机是世界上生产量最大、最流行、最安全初级教练机和私人飞机。 美国Cessna公司生产性能先进高空CitationⅡ型(奖状Ⅱ或呼唤Ⅱ型)飞机,Citation Jet I型飞机,国产Y-12型飞机,Y-5型飞机。飞机上装备有技术精良的作业设备,拥有RC-20、RC-10、RMK航空摄影仪,LTN-72 PICS惯性导航系统,激光惯导系统,全球卫星定位系统,可以实现空中全自动作业飞行。在航空摄影领域具有高、中、低空配套,大中小比例尺齐全的黑白、彩色、彩红外摄影能力,航空摄影领域用飞机;利用设备先进的高速摄影机拍摄空中弹射救生; 小鹰100轻型飞机,贝尔直升机公司、欧洲直升机公司、西科斯基直升机公司、罗宾逊直升机公司等公司直升机以及赛斯纳飞机等私人飞机,湾留飞机公司等公务机;水陆两用轻型飞机、动力悬挂飞机; “空中拖拉机”(Air Tractor)

四轴飞行器作品说明书

四轴飞行器作品说明书

四轴飞行器在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器,四轴飞行器硬件结构简单紧凑,而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案,软件算法,包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。 关键词:四轴飞行器;姿态;控制

1.引言 (1) 2.飞行器的构成 (1) 2.1.硬件构成 (1) 2.1.1.机械构成 (1) 2.1.2.电气构成 (3) 2.2.软件构成 (3) 2.2.1.上位机 (3) 2.2.2.下位机........... . (4) 3.飞行原理........... ................................ (4) 3.1. 坐标系统 (4) 3.2.姿态的表示 (5) 3.3.动力学原理 (5) 4.姿态测量........... ................................ (6) 4.1.传感器校正 (6) 4.1.1.加速度计和电子罗盘 (6) 5.姿态控制 (6) 5.1.欧拉角控制 (6) 5.2.四元数控制 (7) 6.姿态计算 (7) 7.总结 (8) 参考文献 (9)

1.引言 四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及,四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天,四轴飞行器已经应用到各个领域,如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等。 目前应用广泛的飞行器有:固定翼飞行器和单轴的直升机。与固定翼飞行器相比,四轴飞行器机动性好,动作灵活,可以垂直起飞降落和悬停,缺点是续航时间短得多、飞行速度不快;而与单轴直升机比,四轴飞行器的机械简单,无需尾桨抵消反力矩,成本低。 本文就小型电动四轴飞行器,介绍四轴飞行器的一种实现方案,讲解四轴飞行器的原理和用到的算法,并对几种姿态算法进行比较。 2.飞行器的构成 四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器,四轴飞行器的硬件比较简单,而把系统的复杂性转移到软件上,所以本文的主要内容是软件的实现。 2.1.硬件构成 飞行器由机架、电机、螺旋桨和控制电路构成。 2.1.1.机械构成 机架呈十字状,是固定其他部件的平台,本项目采用的是碳纤维材料的机架。电机采用无刷直流电机,固定在机架的四个端点上,而螺旋桨固定在电机转子上,迎风面垂直向下。螺旋桨按旋转方向分正桨和反桨,从迎风面看逆时针转的为正桨,四个桨的中心连成的正方形,正桨反桨交错安装。 CA D设计机架如图:

空客飞机A320驾驶舱介绍

1.大气数据惯性基准系统 ① IR1(2)(3)方式旋钮 OFF:ADIRU 未通电,ADR 及IR 数据不可用。 NAV:正常工作方式给飞机各系统提供全部惯性数据 ATT:在失去导航能力时,IR 方式只提供姿态及航向信息。 必须通过CDU 控制组件输入航向并需不断地更新。(大约每10 分钟一次) ② IR1(2)(3)灯 故障灯(FAULT):当失效影响了相应的IR 时琥珀色灯亮并伴有ECAM 注意信息常亮:相应的IR 失去

闪亮:在ATT 姿态方式里姿态及航向信息可能恢复 校准灯(ALIGN): 常亮:相应的IR 校准方式正常工作 闪亮:IR 校准失效或10 分钟后没有输入现在位置,或关车时的位置和输入的经度或纬度差超过1度时 熄灭:校准已完毕 ③电瓶供电指示灯 仅当1 个或多个IR 由飞行电瓶供电时,琥珀色灯亮。在校准的开始阶段。但不在快速校准的情况下它也会亮几秒钟。 注:当在地面时,至少有一个ADIRU 由电瓶供电的情况下: ·一个外部喇叭响 ·一个在外部电源板上的ADIRU 和AVNCS 蓝色灯亮 ④数据选择钮 该选择钮用来选择将显示在ADIRS 显示窗里的信息 测试:输入(ENT)和消除(CLR)灯亮且全部8 字出现 TK/GS:显示真航迹及地速 PPOS:显示现在的经纬度 WIND:显示真风向及风速 HDG:显示真航向和完成校准需要的时间(以分为单位) STS:显示措施代码 ⑤系统选择钮 OFF:控制及显示组件(CDU)没有通电。只要相关的IR 方式选择器没有在OFF(关)位ADIRS 仍在通电状态。

1.2.3:显示选择系统的数据 ⑥显示 显示由数据选择器选择的数据 键盘输入将超控选择的显示 ⑦键盘 允许现在位置或在姿态(ATT)方式里的航向输入到选择的系统里 字母键:N(北)/S(南)/E(东)/W(西)作为位置输入。 H( * )作为航向输入(ATT 方式) 数字键:允许人工输入现在位置(或姿态方式里的磁航向) CLR (消除)键:如果数据是一个不合理的值,输入后综合提示灯亮。 当按键时键入的数据(但还未输入)被清除 ENT (输入)键:当N(北)/S(南)/E(东)/W(西)或H(航向) * 数据被键入时,综合提示灯亮。 当按键时,键入的数据被输入ADIRS。 ⑧ ADR1(2)(3)按键开关瞬间动作 OFF 位:大气数据输出断开 故障灯(FAULT):如果大气数据基准部分探测到故障,琥珀色故障灯亮并伴随有ECAM 信息 2.飞行控制计算机

四轴飞行器作品说明书

. . . 四轴飞行器 作品说明书

摘要 四轴飞行器在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器,四轴飞行器硬件结构简单紧凑,而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案,软件算法,包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。 关键词:四轴飞行器;姿态;控制

目录 1.引言 (1) 2.飞行器的构成 (1) 2.1.硬件构成 (1) 2.1.1.机械构成 (1) 2.1.2.电气构成 (3) 2.2.软件构成 (3) 2.2.1.上位机 (3) 2.2.2.下位机........... . (4) 3.飞行原理........... ................................ (4) 3.1. 坐标系统 (4) 3.2.姿态的表示 (5) 3.3.动力学原理 (5) 4.姿态测量........... ................................ (6) 4.1.传感器校正 (6) 4.1.1.加速度计和电子罗盘 (6) 5.姿态控制 (6) 5.1.欧拉角控制 (6) 5.2.四元数控制 (7) 6.姿态计算 (7) 7.总结 (8) 参考文献 (9)

1.引言 四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS 传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及,四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天,四轴飞行器已经应用到各个领域,如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等。 目前应用广泛的飞行器有:固定翼飞行器和单轴的直升机。与固定翼飞行器相比,四轴飞行器机动性好,动作灵活,可以垂直起飞降落和悬停,缺点是续航时间短得多、飞行速度不快;而与单轴直升机比,四轴飞行器的机械简单,无需尾桨抵消反力矩,成本低。 本文就小型电动四轴飞行器,介绍四轴飞行器的一种实现方案,讲解四轴飞行器的原理和用到的算法,并对几种姿态算法进行比较。 2.飞行器的构成 四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器,四轴飞行器的硬件比较简单,而把系统的复杂性转移到软件上,所以本文的主要容是软件的实现。 2.1.硬件构成 飞行器由机架、电机、螺旋桨和控制电路构成。 2.1.1.机械构成 机架呈十字状,是固定其他部件的平台,本项目采用的是碳纤维材料的机架。电机采用无刷直流电机,固定在机架的四个端点上,而螺旋桨固定在电机转子上,迎风面垂直向下。螺旋桨按旋转方向分正桨和反桨,从迎风面看逆时针转的为正桨,四个桨的中心连成的形,正桨反桨交错安装。 C AD设计机架如图:

各类飞机座舱图

各类飞机座舱图 民航部分: J21翔凤客机是中国商用飞机有限责任公司研制的双发动机支线客机。ARJ21是英文名称“Advan al Jet for the 21st Century”的缩写(ARJ全称为“Advanced Regional Jet”),意为21世纪新一代机。ARJ21通过公开征名:“翔凤”。ARJ21飞机项目2002年4月正式立项。2012年9月26日商用飞机有限责任公司发布报告,ARJ21-700进入适航取证阶段。

协和式飞机(法语、英语:Concorde)是一种由法国宇航和英国飞机公司联合研制的中程超音速客机,它和苏联图波列夫设计局的图-144同为世界上少数曾投入商业使用的超音速客机。协和飞机在1969年首飞、1976年投入服务,主要用于执行从伦敦希思罗机场(英国航空)和巴黎戴高乐国际机场(法国航空)往返于纽约肯尼迪国际机场的跨大西洋定期航线。飞机能够在15000米的高空以2.02倍音速巡航,从巴黎飞到纽约只需约3小时20分钟,比普通民航客机节省超过一半时间,所以虽然票价昂贵但仍然深受商务旅客的欢迎。1996年2月7日,协和式飞机从伦敦飞抵纽约仅耗时2小时52分钟59秒,创下了航班飞行的最快纪录。2000年7月25日,协和号客机班机AF4590在进行起飞时辗过了跑道上另一架美国大陆航空的DC-10脱落的小铁条,造成爆胎,而轮胎破片以超过音速的高速击中机翼其中的油箱。之后引发失火,导致飞机于起飞数分钟后即爆炸坠毁于机场附近的旅馆。这是协和号服役期间唯一的一次的失事。也是有史以来第一架超音速喷气式飞机失事,这场悲剧造成了113人丧命。此次失事促使飞机制造商重新改造机体设计,并修补了诸多缺失。甚至利用防弹衣(Kevlar)原料来保护油箱,以避免油箱以后遭到高速的异物的穿刺。但尽管如此,由于整个失事过程都被民众用家用录影器材拍摄下来,造成**大众心理上的严重震撼,不论这家飞机以往声望有多高,但仅仅一次的失事就让协和号从此一蹶不振……虽然协和号客机在2001年11月重新启航,载客量一直都严重不足。因为对航空公司亏损严重,协和号客机终于在2003年退役。到2003年4月,尚有12架进行商业飞行。2003年10月24日,协和飞机执 行了最后一次航班,全部退役。

飞行器姿态控制法综述

飞行器姿态控制方法综述 一.引言 经过一个世纪的发展,各种飞行器如雨后春笋般出现,从飞机、导弹到火箭、卫星,从宇宙飞船、航天飞机、空间站到月球探测器、火星探测器。这些飞行器能在空中按预定的轨迹运动总离不开它的姿态控制系统,飞行器在空间的运动是十分复杂的。为使问题简单化,总是将一飞行器的空间运动分解为铅锤平面的纵向运动和水平面内的侧向运动,将飞行器在空间的角运动分解成俯仰、偏航和滚动三个角运动。由于角运.动使飞行器的姿态发生变化,所以对角运动的控制就是对飞行器姿态的控制。对于飞行器姿态的控制,不同的飞行器需要不同的策略,本文主要就飞行器姿态控制方法的应用与发展作一一论述。 二.姿态控制的数学模型 要控制飞行器的姿态,就是要控制使飞行器三个姿态角发生变化的力矩大小。飞行器的姿态模型可以认为是一类不确定MIMO 仿射非线性系统,如式(1)所示: ()//()//()//(cos sin )/cos cos sin sin tan cos tan x y z y x x x x x z x x x y y y x x y x y z z z x x x z x y z I I I M I I I I M I I I I M I ωωωωωωωωωψωθωθ??ωθωθθωθ?ωωθ? =-+??=-+??=-+??=-??=+?=+-??&&&&&& (1) 式中,x 、y 、z 下标表示空间飞行器的三个主轴方向;I 表示相对于飞行器质心的惯量矩,设飞行器是主轴对称的,则惯量积可以忽略;ω表示飞行器相对于惯性空间的角速度;M 表示控制力矩;,,ψ?θ分别是飞行器的欧拉角。控制了M 的大小,就可以控制飞行器按我们期望的轨迹运动。M 由飞行器上的执行机构产生,常见的有空气舵、推力矢量发动机、反作用飞轮、喷气执行机构或由其它环境力执行机构。 三.飞行器姿态控制方法 3.1空气动力控制 根据运动的相对性原理和气体流动时的基本定律,当飞行器在大气中以一定

四轴飞行器姿态控制算法注释

从开始做四轴到现在,已经累计使用了三个月的时间,从开始的尝试用四元数法进行姿态检测,到接着使用的卡尔曼滤波算法,我们走过了很多弯路,我在从上周开始了对德国人四轴代码的研究和移植,发现德国人的代码的确有他的独到之处,改变了很多我对模型的想法,因为本人是第一次尝试着制作模型,因此感觉很多想法还是比较简单。经过了一周的时间,我将德国人的代码翻译并移植到了我目前的四轴上,并进行了调试,今天,专门请到了一个飞直升机的教练,对我们的四轴进行试飞,并与一个华科尔的四轴进行了现场比较,现在我们四轴的稳定性已经达到了商品四轴的程度。下面是我这一周时间内对德国人代码的一些理解: 德国人代码中的姿态检测算法: 首先,将陀螺仪和加速度及的测量值减常值误差,得到角速度和加速度,并对角速度进行积分,然后对陀螺仪积分和加速度计的数值进行融合。融合分为两部分,实时融合和长期融合,实时融合每一次算法周期都要执行,而长期融合没256个检测周期执行一次,(注意检测周期小于控制周期的2ms) 实时融合: 1.将陀螺仪积分和加表滤波后的值做差; 2.按照情况对差值进行衰减,并作限幅处理; 3.将衰减值加入到角度中。 长期融合: 长期融合主要包括两个部分,一是对角速度的漂移进行估计(估计值是要在每一个控制周期都耦合到角度中的),二是对陀螺仪的常值误差(也就是陀螺仪中立点)进行实时的修正。 1.将陀螺仪积分的积分和加速度积分做差(PS:为什么这里要使用加表积分和陀螺仪积分的积分,因为在256个检测周期内,有一些加速度计的值含有有害的加速度分量,如果只使用一个时刻的加表值对陀螺仪漂移进行估计,显然估计值不会准确,使用多个周期的值进行叠加后做座平均处理,可以减小随机的有害加速度对估计陀螺仪漂移过程中所锁产生的影响) 2.将上面两个值进行衰减,得到估计的陀螺仪漂移 3.对使考虑了陀螺仪漂移和不考虑陀螺仪漂移得到的角度做差,如果这两个值较大,说明陀螺仪在前段时间内测到的角速率不够准确,需要对差值误差(也就是陀螺仪中立点)进行修正,修正幅度和差值有关 长期融合十分关键,如果不能对陀螺仪漂移做修正,则系统运行一段时间后,速率环的稳定性会降低。 下面比较一下德国四轴中姿态检测部分和卡尔曼滤波之间的关系: 卡尔曼滤波是一种线性系统的最优估计滤波方法。对于本系统而言,使用卡尔曼滤波的作用是通过对系统状态量的估计,和通过加速度计测量值对系统状态进行验证,从而得到该系统的最优状态量,并实时更新系统的各参数(矩阵),而最重要的一点,改滤波器能够对陀螺仪的常值漂移进行估计,从而保证速率环的正常运行,并在加速度计敏感到各种有害加速度的时候,使姿态检测更加准确。但是卡尔曼滤波器能否工作在最优状态很大程度上取决于系统模型的准确性,模型参数的标定和系统参数的选取。然而,仅仅通过上位机观测而得到最优工作参数是不显示的,因为参数的修改会导致整个系统中很多地方发生改变,很难保证几个值都恰好为最优解,这需要扎实的理论知识,大量的测量数据和系统的仿真,通过我对卡尔曼滤波器的使用,发现要想兼顾锁有的问题,还是有一定难度的。

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