无人旋翼机控制与测试技术研究

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为了实现无人旋翼机地可靠飞行,需要对无人旋翼机的控制与测试技术进行研究,本文以某型无人旋翼机为研究对象,深入研究了无人旋翼机地面滑跑的数学模型、自动起飞控制策略及飞行导航控制系统和地面检测系统的设计与实现。首先,研究了飞行控制计算机、航姿系统和大气数据计算机的集成开发技术,论述了无人旋翼机飞行控制系统的核心部件——飞控惯性大气数据集成系统的设计开发,研制了一套采用TMS320F28335处理器、捷联式惯性测量组件和MEMS器件构成的控制器,实现飞控规律、航姿航向解算和大气数据测量的集成化,并提出了基于四元数的姿态更新算法,利用加速度数据和磁罗盘数据来修正陀螺仪数据的多传感器数据融合算法。经过测试表明各方面的性能都很优良,已成功应用于无人旋翼机飞行控制系统。其次,研究无人机地面检测技术,并针对样例无人旋翼机,开发了一套全面地、易维护地专用地面检测系统,用于完成对无人旋翼机航电系统的单板检测、单元检测和系统检测。研究自动测试原理,设计和研制了一套以DSP微处理器为核心器件,以Microsoft Visual C++为上位机平台的飞控计算机自动检测装置,并详细阐述了各级检测中的其他几种典型航电装置检测装备的检测原理,意义,方法以及应用。然后,为了实现无人旋翼机的安全起飞,必须对滑跑阶段进行有效地控制。运用动力学和运动学知识,对无人旋翼机滑行过程进行数学建模和各个通道的操纵特性分析。通过对前轮、横向舵机和方向舵在滑跑控制中效用特点的分析,提出了对三种控制方式采用分时分段、权重分配的组合控制方案,并设计了相应地横侧向和纵向控制回路,实现对旋翼机地面滑跑的有效控制,弥补了使用单独通道进行滑跑控制的缺点与不足。最后,通过半物理仿真和外场滑行试验验证了无人旋翼机飞行导航控制系统、地面检测系统和滑跑纠偏控制策略具有良好的品质和性能。
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