一種可變形飛行器的無(wú)人機控制系統設計與實(shí)驗

由于天空和大地之間的溫差，它們的紅外輻射波長(cháng)有差別。系統采用的紅外傳感器對8～15μm波段的紅外輻射敏感，這正是天空和大地的一般熱輻射波長(cháng)，因此傳感器不會(huì )被過(guò)熱(如太陽(yáng))或過(guò)低溫度的物體影響。由一對熱電堆產(chǎn)生的反向電壓經(jīng)過(guò)放大器放大，再經(jīng)過(guò)模數轉換，即可顯示為代表無(wú)人機某一方向姿態(tài)角的數值。
一般采用三對紅外傳感器。其中垂直方向傳感器的作用是初始化天空與大地的溫差，以確定水平方向傳感器的計算比例。水平方向則有橫向和徑向兩對傳感器，分別計算滾轉和俯仰角度。
3．3 GPS
全球定位系統GPS采用LEA-5H，它的體積小、性能好，位置更新頻率為4Hz。LEA-5H與系統串行接口相連，獲取無(wú)人機的飛行速度、高度、經(jīng)緯度等信息實(shí)現實(shí)時(shí)導航控制。
3．4 調制解調器
調制解調器采用Digi的XBee模塊，XBee的雙向鏈路給飛行中的調整、導航指令傳輸和飛行狀態(tài)反饋提供通道。XBee的射程達到40km，所有型號的引腳兼容，和天線(xiàn)一起重量約為2g。
3．5 遙控模塊
遙控模塊包括遙控指令發(fā)送機和接受機。遙控指令發(fā)送機采用Spektrum DX-7，接收機采用FutabaFASST 7-channel接收機。發(fā)送機發(fā)送遙控指令，接收機接收遙控指令，并將指令傳送給系統芯片。

4 軟件
軟件架構采用基于UML語(yǔ)言的仿真軟件。UML可以對任何具有靜態(tài)結構和動(dòng)態(tài)行為的系統進(jìn)行建模， 能夠應用于軟件系統開(kāi)發(fā)從需求分析到軟件測試的各個(gè)階段，適用范圍極廣。
4．1 飛行仿真配置
飛行器在實(shí)際飛行前需要驗證飛行算法，對飛行仿真進(jìn)行相應的配置，如圖6所示，主要分為四大部分：飛行器基本參數、初始狀態(tài)參數、初始控制參數、模型與仿真選項。

4．2 飛行仿真平臺
飛行仿真平臺實(shí)時(shí)觀(guān)測飛行器的位置、俯仰角、滾轉角、偏航角等信息。平臺負責飛行中對無(wú)人機進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監測。

5 控制規律選擇與設計
工程實(shí)際中PID控制器應用最為廣泛，本設計采用PID控制器。
5．1 俯仰姿態(tài)控制回路
俯仰姿態(tài)控制回路保證飛行器俯仰角在擾動(dòng)后能以一定的性能保持或者穩定到給定值。該控制回路由俯仰角反饋回路和俯仰角速率反饋回路構成。

5．2 滾轉角控制回路
滾轉角控制回路的主要作用是當飛行器飛行過(guò)程中受到外力時(shí)，能夠使飛行器保持固有的滾轉角的控制，飛行器改變方向時(shí)也需要滾轉角控制回路的輔助配合。