無人機自動駕駛儀設計及控制方法

1、    無人機自動駕駛儀設計及控制方法    魏云鵬 朱罡 張源麟【摘要】自動駕駛儀在無人機運行過程中發(fā)揮著十分重要的作用，有引導、跟蹤、導航以及穩(wěn)定無人機等功能。本文就此對無人機自動駕駛儀設計以及控制辦法相關內容進行分析，明確自動駕駛儀的主要構成，探究無人機自動駕駛儀的設計目標等。通過對上述內容的分析，以期為相關工作人員提供參考。【關鍵詞】無人機;自動駕駛儀;設計前言在無人機運行過程中，最重要的子系統(tǒng)莫過于自動駕駛儀。無人機中不涉及機載飛行員，因此需要自動駕駛儀對不同類型控制功能有效實現，如自動起飛、執(zhí)行相關任務、到達目的地、自動著陸等。保證無人機性能

2、、控制的穩(wěn)定性，相關的工作需要優(yōu)化不同環(huán)節(jié)的配置、設計工作。1無人機自動駕駛儀工作原理大氣數據傳感器單元、飛行狀態(tài)控制單元、慣性和gps傳感器單元以及微處理器單元是無人機自動駕駛儀的主要單元組成。作為飛行控制以及處理數據的核心，微處理器需要同時保證較快的效應速度以及完善的數字信號處理工作。自動駕駛儀的的主要工作原理如下：地面站將相應的控制指令，如無人機飛行的空中速度、空中姿態(tài)、飛行高度以及航線信息等，借助無線電接收模塊，將指令信息傳遞給第一處理器中，同時控制指令信號會有效存儲相應的控制指令，結合角速率陀螺，從而明確現階段無人機姿態(tài)信息誤差信號，隨后由第一處理器判斷，應用pid控制率有效修正誤差

3、信號，借助調速器對電機轉速有效調節(jié)，經由控制舵機方向舵以及副翼舵結合實際情況進行相應的偏轉工作，對無人機姿態(tài)控制工作有效實現。借助大氣數據傳感器，能夠對無人機的空速和高速模擬信號有效獲取，借助相應的轉換器形成數字信號，并經由第一處理器對形成的誤差信號有效修正，有效控制無人機的空速和度。借助gps接收機，能夠對無人機的規(guī)劃航信以及位置信號之間的誤差信號有效獲取，有效控制無人機的導航工作。第一處理器和第二處理器的相關數據會借助下行通信接口，傳送給無線發(fā)射模塊，并將信號傳遞給地面站中，從而保證工作人員對無人機的有效控制。2自動駕駛儀系統(tǒng)人員設計2.1設計模擬量通道該通道設計工作主要是借助ad采集模塊

4、，采集轉換相應的模擬量信號。為了對信號精度提升，可以應用f2812自帶的ad轉換器，對電源、溫度信號等有效采集。應用模塊轉換器ads8344，能夠對加速度計、動靜壓傳感器以及角速率陀螺等信號進行有效的采集。如果ad供電電壓為5v，匹配的模擬通道輸入范圍便是0-5v，滿足傳感器信號電平的需求。但另一方面，需要考慮ad芯片與f2812接口之間不同的電平水平，需要有效轉換電平。2.2調理傳感器信號0-5v是動靜壓傳感器、角速率陀螺的輸出電壓范圍，并借助低通濾波電路連接ads8344輸入端。1.9-3.1v是加速度計模擬量輸出范圍，受到內部輸出阻抗的影響，模擬量會出現不足的驅動力情況，因此需要在輸出信

5、號的基礎上，對驅動能力有效增強。同時，為了對輸入范圍精度有效匹配，需要對不同方面電壓有效考慮。2.3擴展數據存儲器在自動駕駛儀中，記錄、保存數據是重要工作之一。擴展非易失性存儲器，能夠對不同方面的功能有效實現，如對參數有效控制、存儲航路點信息與導航、對無人機飛行狀態(tài)數據有效存儲，為后續(xù)工作奠定良好的基礎等。為了實現對存儲器的擴展工作，可以借助相關的芯片，如fm25256b芯片，該芯片應用鐵電技術進行相應的制造工作，且還該芯片還具有spi總線接口，能夠與不同通電有效連接。2.4輸入輸出舵控信號應用f2812，能夠借助其自身的pwm波形發(fā)生器，能夠提升便利性，對cpu開銷有效減少，加之16位分辨率

6、，能夠對執(zhí)行機構動作的精度有效保證。pwm輸出電壓和舵機控制信號電壓幅值分別為3.3v和4-6v，可以借助相關的驅動芯片進行相應的升壓轉換工作。3設計控制、導航方案無人機姿態(tài)信息是設計導航、控制方案時需要重視的信息。在一些小型無人機中，可能不適合對光纖陀螺、機械陀螺應用，因為其有較高的成本以及較大的體積。微機電技術的發(fā)展使得mems應用范圍也進一步擴大，該設備有較低的成本、較小的體積。相關工作人員需要明確姿態(tài)角，針對對角速率陀螺輸出信號開展相應的積分工作。但另一方面，對于成本較低的角速率陀螺，其有較大的漂移，很容易在短時間內出現誤差，需要借助其他方式修正上述誤差。借助敏感重力加速度，能夠對加速

7、度計的姿態(tài)角有效估計。載體位于均勻運動或是靜止的過程中，應用上述方法有較高的精度，但是如果有其他因素干擾，很容易導致誤差。因此可以借助三周角速率陀螺以及三周加速度計構成相應的測量單元，有效估算無人機穩(wěn)態(tài)飛行時的姿態(tài)，對姿態(tài)誤差有效避免，對姿態(tài)估計的動態(tài)性能有效保證。對無人機位置、姿態(tài)控制和穩(wěn)定性保證，是自動駕駛儀的主要控制任務?？刂破饕话銥殡p回路結構，具體分為內回路和外回路，傳感器、無人機以及舵機共同構成穩(wěn)定的資源以及控制回路，穩(wěn)定的控制回路是外回路主要組成。角速率陀螺主要提供內回路角速率反饋信號，角速率陀螺以及綜合加速度計的信息進行濾波算法得到姿態(tài)反饋信號。gps接收機提供外回路的航向信息和

8、位置，空速信息、氣壓高度由動靜壓傳感器提供，主要控制方式為三通道。借助縱向通道，能夠對穩(wěn)定、控制工作有效實現。在設計工作中，重要內容之一即是設計航跡跟蹤方案。航跡跟蹤方案設計，即是對導引律設計，保證無人機在運行的過程中，能夠真不同航路點精準通過，從而順利完成飛行任務。以小型無人機為例，其一般能夠飛行幾十公里，在對不同數據計算的過程中，為了對計算的便捷性提升，可以將起飛點定為原點，并將導航坐標系定為北天東坐標系。經緯度信息能夠被gps接收機有效提供，需要對導航坐標系中的直角坐標有效轉換，并對任務點和航電有效轉換。將無人機當前位置以及所要經過的位置轉化到相應的坐標系中，從而明確不同數據，并將相應的指令傳輸到不同的系統(tǒng)結構之中，保證對無人機自動駕駛儀控制的質量和效率。4總結綜上所述，本文主要對無人機自動駕駛儀設計相關內容進行了相應的分析。在對系統(tǒng)以及相關方案設計的過程中，需要在工作原理基礎上，對不同結構進行詳細的分析，保證不同方面設計工作的質量和效率，從而對控制自動駕駛儀穩(wěn)定性有效提升。針對設計中的不足，相關工作人員仍要加強研究?！緟⒖嘉墨I】1郎為民，趙毅豐，姚晉芳等.無人機自動駕駛儀設計問題研究