湖南省大學生電子設計競賽公開賽草案征求意見.ppt

1、2014年湖南省大學生電子設計競賽,公開賽說明 2014年6月15日,2014年湖南省大學生電子設計競賽公開賽說明,設置公開賽的目的意義 本次公開賽要重點解決的問題 本次公開賽的題目 本次公開賽要注意的事宜 時間/參賽隊/地點安排,1.設置公開賽的目的意義,針對國賽中存在的共性問題 2013年國賽中,我省存在的共性問題是四旋翼飛行器題測試成績嚴重偏低(我省測試成績只有30分,而上海山東江蘇等省測試成績達到滿分),反映我省對三維控制缺乏研究與訓練. 探索解決的方法 四旋翼飛行器的控制存在許多沒有引起重視的問題,如飛行姿態(tài)控制問題,四旋翼配合控制問題,穩(wěn)定性問題,抗擾動問題等. 引導學校培養(yǎng)方向

2、針對存在的問題,有重點地引導各學校加強培訓,為明年國賽作準備.,2.本次公開賽要重點解決的問題,探索解決穩(wěn)定性問題,以保證飛行器能夠平穩(wěn)飛行 四旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)四個電機轉速來改變旋翼轉速，實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。由于飛行器是通過改變旋翼轉速實現(xiàn)升力變化，這樣會導致其動力不穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保持穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，因此非常適合靜態(tài)和準靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅動系統(tǒng)。,四旋翼飛行器的結構,四旋翼飛行器沿各方向的運動,四旋翼飛行器在空間共有 6 個自由度（分別沿 3 個

3、坐標軸作平移和旋轉動作），這 6 個自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機的轉速來實現(xiàn)?；具\動狀態(tài)分別是：（1）垂直運動；（2）俯仰運動；（3）滾轉運動；（4）偏航運動；（5）前后運動；（6）側向運動。電機 1 和電機 3 作逆時針旋轉，電機 2 和電機 4 作順時針旋轉，規(guī)定沿 x 軸正方向運動稱為向前運動，箭頭在旋翼的運動平面上方表示此電機轉速提高，在下方表示此電機轉速下降。,當四個電機轉速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉動。 四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)分為兩個部分:飛行控制系統(tǒng)與無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)通過 IMU 慣性測量單元(由陀螺傳感器與加速度傳感器組成)檢測飛

4、行姿態(tài).,3.本次公開賽的題目,本次公開賽計劃出 2 個題（A題和B題）。重點解決四旋翼飛行器的穩(wěn)定性問題。 每校在選題時，參賽的兩個隊不能選同一個題。即參賽隊只有一個隊時，可選A題，也可選B題；但參賽隊有二個隊時，則一個隊選A題，另一個隊只能選B題。,題目A:四旋翼自主飛行器,一.任務:設計并制作一個四旋翼自主飛行器,能夠在規(guī)定的測試場地完成規(guī)定的測試內(nèi)容.所設計的四旋翼飛行器帶防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限定為：長度50cm，寬度50cm。飛行器機身必須標注參賽隊號。 規(guī)定尺寸:因為防止有錢的學校購買成品飛行器,而缺錢的學校自制飛行器,使大家能夠在同一起跑線.,飛行區(qū)域俯視圖和立體圖分別如

5、圖1 和圖 2 所示。,二.要求,1. 基本要求 (1)四旋翼自主飛行器（簡稱飛行器）擺放在圖 1 所示的 A 區(qū)，一鍵式啟動飛行器向 B 區(qū)起飛。 (2)飛行器要求飛行高度大于 1 M,以越過 1 M 示高線。 (3)飛行器在飛到 B 區(qū)指示線時,空中停留30秒,要求飛行高度大于 1 M。 (4)飛行器接著在 B 區(qū)降落并準確停機。,要求,2. 發(fā)揮部分 (1)飛行器擺放在 B 區(qū)，飛行器下面擺放一薄鐵片，一鍵式啟動，飛行器拾取薄鐵片并向 A 區(qū)起飛。 (2)飛行器攜帶薄鐵片在飛到 B 區(qū)指示線時,空中停留 30 秒,要求飛行高度大于 1 M。 (3)飛行器接著向 A 區(qū)飛行,要求飛行高度大

6、于 1 M,以越過 1 M 示高線。 (4)飛行器在 A 區(qū)降落并準確停機.并將薄鐵片準確投放到 A 區(qū).,題目B:四旋翼自主飛行器,一.任務 設計并制作一個四旋翼自主飛行器，能夠在規(guī)定的測試場地完成規(guī)定的測試內(nèi)容。尺寸限定以槳葉驅動電機轉軸之間的距離為準，任兩個電機轉軸之間的距離不得大于40cm。為了人身和機器安全，四旋翼飛行器可帶防撞圈（選項，不作為要求）。飛行器機身必須標注參賽隊號。 四旋翼自主飛行器測試區(qū)域布局如圖1所示(標志單的數(shù)據(jù)單位為cm)。,二、飛行器測試流程 功能與性能測試一鍵操作完成，測試過程中不得有任何人為干預。 1.測試開始：參賽隊員將飛行器放置于指定區(qū)域（A區(qū)），操作

7、按鍵，一鍵式啟動。按鍵后，飛行器應延遲至少 20s 但不多于30s起飛。 2.飛行器由A區(qū)起飛后，飛行器進入飛行區(qū)，在飛行區(qū)空中停留不少于30s，然后降落到B區(qū)。,3、在B區(qū)停留15s左右，以最快速度飛至A區(qū)并降落（返回A區(qū)）。 4、在A區(qū)停留15s左右，（再次）起飛至B區(qū)；在起飛前，置于飛行區(qū)中的風扇打開，模擬自由空間中氣流；要求飛行器在飛行區(qū)空中停留不少于20s，然后降落到B區(qū)。 5、在B區(qū)停留15s左右，往A區(qū)飛行，進入飛行區(qū)后，以盡可能長的時間停留在飛行區(qū)范圍的上空，然后降落到A區(qū)。,三、飛行器要求 1、飛行器控制板的MCU必須采用TI公司的微控制器，必須安裝在明顯位置，以便檢查。 2

8、、飛行器的電池由組委會專家組統(tǒng)一規(guī)定。 3、飛行器的總重量不得小于1000g。 4、飛行器應有必要的聲光指示： (1)飛行器的四個電機軸需有指示，可用發(fā)光二極管指示，在測試期間，飛行器停穩(wěn)后應工作，光點在地面上顯示位置正對電機軸的位置。【供測試定位】 (2) 飛行器在操作狀態(tài)轉換時，應有明顯可區(qū)分光聲提示。,四、目的： 1第一次起降主要是測試飛行器的基本測量與控制，包括起飛、懸停、降落以及檢測。 2第二次起降主要是測試飛行器的高速條件下測量與控制性能。 3第三次起降主要是測試飛行器在模擬自然環(huán)境條件下，有擾動條件下測量與控制性能。 4第四次起降主要是測試飛行器的綜合設計與優(yōu)化，包含能量管理。,

9、公開賽題將進一步細化內(nèi)容，計劃于6月20日通過網(wǎng)絡發(fā)題。 公開賽題在制作過程中，對于各校存在的問題，可通過網(wǎng)絡或電話，向競賽專家組提出咨詢。由專家組負責解釋。,4.本次公開賽要注意的事宜,1飛行器槳葉旋轉速度高，有危險！請務必注意自己及他人的人身安全。 2飛行器控制板的 MCU 必須采用TI公司的微控制器，必須安裝在明顯位置，以便檢查。 3飛行器可自制或外購，帶防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限為：長度50cm，寬度50cm。飛行器機身必須標注參賽隊號。 4A題中的薄鐵片為邊長4cm的正方形，厚度0.05cm。 5飛行區(qū)域地面為白色；A區(qū)、B區(qū)形狀大小相同，由直徑20cm黑色實心圓和直徑75cm的同心圓組成，同心圓虛線線寬小于0.1cm；引導線寬度4cm，可用黑色膠帶；示高線為直徑0.5 0.8cm的黑色電纜線，橫向懸掛于飛行區(qū)中間，距地高100cm。飛行區(qū)域不得額外設置任何標識、引導線或其他裝置。,6A題允許測試 2 次，每次測試全程不得更換電池。兩次測試之間允許更換電池，更換電池時間小于2分鐘。 7. 飛行器不得遙控，飛行過程中不得人為干預。 8. 飛行器飛行期間，觸及地面后自行恢復飛行的，酌情扣分；觸地后 5s 內(nèi)不能自行恢復飛行視為失敗，失敗前完成動作仍計分。 9飛行器起飛，距地面高度10cm以上視為飛離地面。 10一鍵式啟動是指飛行