微小型無(wú)人機全姿態(tài)增穩控制系統的設計與實(shí)現
加入技術(shù)交流群
3 姿態(tài)增穩控制軟件設計
整個(gè)飛控系統的輸入量即為傳感器所采集的飛行狀態(tài)值，輸出量為飛機狀態(tài)方程的控制變量(舵值和發(fā)動(dòng)機推力)，所以飛控系統實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多通道的控制系統，即多輸入／多輸出控制系統。其中，飛控系統的核心控制回路是以姿態(tài)角(俯仰角／滾轉角的)反饋信號為基礎構成的飛行姿態(tài)穩定和控制回路，即內回路。
在內回路的基礎上，又引入高度保持、航跡控制等外回路。
在飛控系統的姿態(tài)增穩控制回路中三軸陀螺實(shí)時(shí)反饋飛機的俯仰、橫滾和偏航的角速率。另外，將三軸陀螺的俯仰角速率和橫滾角速率分別與傾角傳感器測得的俯仰角和橫滾角進(jìn)行姿態(tài)捷聯(lián)解算。主控單片機利用定時(shí)／計數器O的定時(shí)中斷，間隔30 ms循環(huán)進(jìn)行內環(huán)的姿態(tài)控制，控制流程如圖2所示。由于飛機沿縱向平面的對稱(chēng)性，無(wú)人機飛行控制可以分為相對獨立的縱向控制和橫側向控制通道。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/163046.htm
(1)橫側向控制通道：無(wú)人機的橫側向運動(dòng)即無(wú)人機的滾轉和偏航運動(dòng)，主要通過(guò)副翼通道來(lái)實(shí)現。在橫側向控制通道中有滾轉角反饋和滾轉角速率反饋，這兩項構成了滾轉通道的核心回路――內回路。另外，航向偏差反饋只有在無(wú)人機作定向直飛、航向跟蹤或者自主導航時(shí)才需要接人，以穩定控制無(wú)人機的飛行航向；側偏距反饋僅當無(wú)人機進(jìn)入自主導航時(shí)才需要接入，以控制無(wú)人機跟蹤預先設置的飛行航線(xiàn)；誤差積分反饋僅僅當無(wú)人機做定向直飛時(shí)才接入，以消除無(wú)人機左右不對稱(chēng)性等因素的影響，改善無(wú)人機航向控制的精度以及左右轉彎的對稱(chēng)性。
(2)縱向控制通道：無(wú)人機的縱向運動(dòng)即指無(wú)人機的俯仰及升降運動(dòng)。無(wú)人機的縱向運動(dòng)規律是通過(guò)操縱無(wú)人機的升降舵來(lái)實(shí)現的。在縱向控制通道中有俯仰角反饋和俯仰角速率反饋，這兩項構成了縱向通道的核心控制回路――內回路。另外，還有高度差反饋，只有在無(wú)人機做定高飛行時(shí)才需要接入，以穩定無(wú)人機的飛行高度?？v向控制俯仰角通道的框圖如圖3所示。
通?？梢园褵o(wú)人機飛行過(guò)程劃分為幾個(gè)相對獨立的航段。一個(gè)最基本的自主飛行工程可以劃分為6個(gè)航段：起飛階段、出航平飛階段、轉彎階段、返航平飛階段、盤(pán)旋階段和著(zhù)陸階段。每個(gè)航段的任務(wù)相對獨立，把各航段的復雜飛行狀態(tài)分解為幾個(gè)基本的飛行任務(wù)：平飛、轉彎、升降等。這樣通過(guò)相對獨立的縱向控制通道和橫側向控制通道來(lái)協(xié)調實(shí)現無(wú)人機的平飛、轉彎、升降等基本飛行任務(wù)。
4 結語(yǔ)
在無(wú)人機中，飛控系統是主要組成部分，而姿態(tài)增穩控制則是對無(wú)人機順利執行各項任務(wù)的有效方法。本文以實(shí)際應用為背景，詳細介紹了基于三軸陀螺和傾角傳感器構成全姿態(tài)增穩控制系統的硬件實(shí)現及軟件設計，并將其運用在某型無(wú)人機中，針對系統中飛行姿態(tài)控制的的流程和內環(huán)姿態(tài)控制的規律進(jìn)行了詳細的分析與研究。經(jīng)過(guò)百余次試飛，基于三軸陀螺和傾角傳感器構成的姿態(tài)增穩控制系統，不僅滿(mǎn)足了現階段任務(wù)要求，還達到了良好的效果，為同類(lèi)無(wú)人機的開(kāi)發(fā)與研制提供了一套行之有效的方法。
評論