固定翼飛機豎直飛行控制系統方案設計

引言

　　固定翼飛機水平飛行是最常見(jiàn)的飛行狀態(tài)，讓其做大仰角飛行則動(dòng)作不能一直保持，如讓其垂直于地面飛行能保持的時(shí)間則更短。本項目要實(shí)現的是一個(gè)可以讓飛機垂直于地面飛行并可以穩定在固定高度的控制系統。利用在機身加入的三軸向加速度傳感器來(lái)檢測垂直于地面飛行的飛機的姿態(tài)。當檢測到飛機前后搖擺時(shí)，控制水平尾翼使飛機保持前后方向的穩定性；當檢測到飛機左右搖擺時(shí)，控制垂直尾翼使飛機保持左右方向的穩定性；當檢測到飛機上下竄動(dòng)時(shí)，控制油門(mén)的大?。绰菪龢霓D速）來(lái)保持飛機飛行高度的穩定性。當這些控制都很精準到位時(shí)，固定翼飛機也可以像直升機一樣穩穩地懸停在空中了。利用本文設計的控制系統可以讓飛機在做垂直飛行減速的同時(shí)順時(shí)針或逆時(shí)針轉90°（投影面積很?。?，這樣就可以減小暴露給后面飛機的投影面積，減小被擊中的幾率。

設計概述

　　為了讓飛機能豎直飛行，控制電路需要有以下功能：

　　判斷飛機是否要豎直飛行 對于真飛機，它可能只是一個(gè)可防止誤觸發(fā)的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)；在本項目的實(shí)驗品遙控飛機里，它就是某一個(gè)通道的脈寬信號。當脈寬大于某一設定值時(shí)，控制電路就知道它該上場(chǎng)了。

　　判斷自身姿態(tài) 這是本控制電路的核心部分之一，在控制飛機保持豎直飛行之前必須先判斷自身的姿態(tài)。本項目用MMA7260QT傳感器檢測飛機的姿態(tài)。

　　控制 這是本項目設計制作過(guò)程中最耗時(shí)的部分，但其原理很容易理解：姿態(tài)電路已經(jīng)了解了飛機的姿態(tài)，控制電路只要做相應動(dòng)作就可以了。飛機前傾它就讓飛機向前移動(dòng)一些，后傾就向后移動(dòng)一些。還有一個(gè)需要控制的量——高度，飛機在做此動(dòng)作時(shí)高度是要保持穩定的，機身上沖時(shí)要減小油門(mén)，下降時(shí)要加大油門(mén)。要完成如此控制，要用兩片MC9S08QG8。為了達到上述功能，本項目應有如圖1所示的電路框圖。

　　選用兩片MC9S08QG8是因為在本項目里有兩處對時(shí)間要求比較嚴格的地方：一是讀從遙控器送出的脈寬；二是把經(jīng)過(guò)運算的脈寬精確地發(fā)送出去，兩處都要10μS以?xún)鹊恼`差，如用一片來(lái)做即使用中斷也會(huì )有沖突。本項目里兩片MC9S08QG8工作的大體分配是：一片作為主控，用于讀取遙控器送來(lái)的由接收機收到的脈寬（高實(shí)時(shí)性）、讀取飛機姿態(tài)（低實(shí)時(shí)性）、控制運算（PID運算）和數據發(fā)送（把需要對飛機如何控制的數據，也就是PID運算的結果送給另一片MCU）；另外一片作為輔助，只要把讀到的數據實(shí)時(shí)發(fā)給飛機的執行機構就可以了。

硬件描述

　　硬件電路如圖2所示。