六軸旋翼碟形飛行器控制系統(tǒng)設計-圖文

萬方數(shù)據(jù)昆嘲露哮曼塑黑嬲.耵.r………。’j;姿態(tài)規(guī)定:i●以順u.ICt方向(CH2,CH4.::CH6為jF方向;:●眥向前(L升方向為正方向:;;?以向右(右進方向為正方向;j;如右圍所示.CH2、CH4,cH6為}i順時針方向.CHI.CH3、CH5為::逆時針方向。二…………:圖1旋翼轉(zhuǎn)向示意圖運動。當六個電機同時增速(減速時,可以實現(xiàn)該飛行器的上下平移運動。當六個電機的升力之和等于飛行器的自重時,飛行器便可以保持懸停。水平面內(nèi)的前后運動是電機2、3增速(減速的同時,電機5、6減速(增速,電機1、4保持先前的速度不變,此時保持旋翼2、5對機身的反扭矩等于旋翼3、6對機身的反扭矩,在電機2、3與電機5、6的升力之差的作用下,飛行器發(fā)生傾斜,得到水平面的前后運動。類似的,通過六個電機的不同組合可以實現(xiàn)飛行器的多種運動姿態(tài),從而可以實現(xiàn)飛行器的各種復雜運動。例如:我們暫時規(guī)定電機1和電機4所在的直線為x軸,與此直線垂直的為Y軸,當電機CHI、CH4轉(zhuǎn)速保持不變,電機C142、CH3轉(zhuǎn)速同時減小,電機CH5、CH6f一轉(zhuǎn)速同時增加時,飛:行器將繞電機CHl和C1-14所在的x軸做滾轉(zhuǎn)運動,其滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運動示意圖如圖2所示。1.2主要功能和總體設圖2飛行器繞X軸滾轉(zhuǎn)示意圖變飛行控制器的主要功能如下:提供多個通信信道,使飛行器與地面控制系統(tǒng)進行通信;由兩塊單片機組成控制系統(tǒng)核心,提供足夠的存儲空間,以滿足復雜軟件控制的實現(xiàn);雙機通信使信息傳輸更加準確,減少信道傳輸時間;通過串口異步通訊與計算機相連,方便其信息的傳輸與控制;通過ISP編程接口,可以方便對其軟件操作部分進行修改;飛行器工作在手動操控模式。該控制系統(tǒng)以單片機為核心,加上相關的外圍電路、傳感器檢測電路夠成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。飛行器控制系統(tǒng)方框圖如圖3所示。為了提高飛行器的智能化和可操控性,通過安裝角速度傳感器作為姿態(tài)傳感器,通過角速度傳感器獲取其角度信號,便可以感知飛行器當前的狀態(tài),反饋到單片機中并與目標狀態(tài)相比較,再融合其加速度傳感器采集的信號一起完成其姿態(tài)的檢測。飛行器姿態(tài)的控制是通過PID控制算法實現(xiàn)的。2控制系統(tǒng)硬件設計圖3六軸飛行器控制系統(tǒng)方框圖基于六軸飛行器的特殊結(jié)構(gòu)和體積小、功耗低、重量輕等特點,飛行器的控制系統(tǒng)設計是以ATMEGA8535和AT?MEGA8單片機為核心。并且在進行元器件的選擇上盡量選用貼片封裝的電阻、電容及其它元器件,使整機總體重量減輕,并盡可能采用功耗低的CMOS元器件,使總機的整體功耗降低。2.1模擬遙控器電路為r模擬控制系統(tǒng)的硬件設計,采用ATMEGA8535單片機設計了—個簡單的模擬遙控器,該模擬遙控器能夠輸出副翼通道、升降通道、油門通道、方向通道等四個通道的PWM控制信號。同時結(jié)合protues軟件便能夠?qū)υ摽刂葡到y(tǒng)電路進行仿真,對于控制系統(tǒng)硬件電路的改進和程序的改進具有重要的作用,利用protues軟件所畫的模擬遙控電路如圖4所示。圖4模擬遙控器仿真電路2.2ISP在線編程接口電路該六軸旋翼飛行器的平衡控制是通過多次實驗所得出的數(shù)據(jù)進行修正改進的,ISP接口電路對于軟件程序部分的修改極大提供了便利作用,便于及時修改控制參數(shù)。2.3PWM信號隔離電路由于飛行器在飛行過程中電機的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生較大的沖擊電流和脈沖干擾,對單片機從而有一定的干擾,為了提高飛行控制系統(tǒng)的可靠性,有必要對ATMEGA8535單片機輸出的PWM信號進行隔離