四轴飞行器控制系统教材

1、四轴飞行器网络控制系统组长：组长： 蒋盛锋蒋盛锋组员：组员： 江义江义 余国良余国良 袁续凯袁续凯 赵梓乔赵梓乔20132013年年1010月月2222号号分工与合作 蒋盛锋：四轴飞行器网络化系统的综述蒋盛锋：四轴飞行器网络化系统的综述 江义：基于江义：基于wifiwifi的无线视频通信的无线视频通信 余国良：基于余国良：基于zigbeezigbee的无线数据传输的无线数据传输 袁续凯：机载中心主控器和四轴控制器之间的袁续凯：机载中心主控器和四轴控制器之间的CANCAN通信通信 赵梓乔：四轴飞行器的导航与电机控制赵梓乔：四轴飞行器的导航与电机控制四轴飞行器概述 四轴飞行器同时也叫四旋翼无人飞行

2、器、四旋翼无人机，国外又称（Four-rotor，4 rotors helicopter，X4-flyer，Quad-rotor）等等，是一种能够垂直起降的飞行器，它具有四个螺旋桨，并且四个螺旋桨呈十字形结构分布。由于尺寸较小、重量较轻、适合携带，具备自主导航飞行能力。所以适用于在复杂、危险的环境下完成特定的飞行任务，同样也可以用于娱乐。四轴飞行器飞行原理 四轴飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器在空间共有 6 个自由度（分别沿 3 个坐标轴作平移和旋转动作），这 6 个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。基本运动状态分

3、别是：（1）垂直运动；（2）俯仰运动；（3）滚转运动；（4）偏航运动；（5）前后运动；（6）侧向运动。四轴飞行器飞行原理系统总体框图无线网络标准的比较wifi的网络结构 WiFi是一种可以将个人电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。简单来说其实就是IEEE802.11的别称，但是WI-FI只使用了802.11的媒体访问控制层（MAC）和物理层（PHY）。下图为IEEE802.11逻辑结构。MAC层的目的是在LLC(逻辑链路控制)层的支持下为共享介质物理层提供访问控制功能(如寻址方式、访问协调、帧校验序列生成的检查，以及LLCPDU定界等)物理层主要解决适应WLAN信道

4、特性的高效而可靠的数据传输问题，并向上层提供必要的支持与响应wifi的传输框图 本系统通过UART把摄像头和USR-wifi232连接起来。USR-wifi232作为STA，工作在桥接模式。模块连接到AP后，这样所有USR-wifi232上的数据都可由数据接收终端来管理。wifi的协议传输模式流程 wifi的协议传输流程主要分为：用户设备发送数据和用户设备请求模块发送数据。下面将分别介绍：用户发送数用户发送数据到模块：据到模块：模块发送数模块发送数据到用户：据到用户：Zigbee网络体系架构应用层由 APS 子层(应用支持子层)，ZDO(ZigBee 设备对象包括ZDO 管理平台)，厂商定义的

5、应用。网络层中包括数据服务实体(NLDE)和管理服务实体(NLME)两个服务实体。MAC 层主要负责协调器产生网络信标、CSMA-CA 信道访问机制、支持PAN 的关联和解关联操作、处理和维护保证时隙机制。IEEE802.15.4 物理层定义了 868MHz、915MHz 和 2.4GHz 三个频段ZigBee 通常不能同时兼容这三个频段，应该根据设备使用地的规定来选择ZigBee 设备。CC2420通信流程图 CC2420 的通信过程主要分为 3 部分，分别是初始化部分、发送部分和接收部分。数据发送流程图CC2420通信流程图数据接收流程图四轴多智能体系统控制问题的描述 将Agent的思想引

6、入四轴无人飞行器系统后,每个轴的控制器就相当于一个Agent。中心主控制器把其他的四个轴控制器连接成一个网,并在它们之间建立适当的联系,表示为AGENT=agentl,agent2, agent3, agent4。 中心主控Agent接到请求后如果发现该飞行控制任务可由另一个或几个Agent完成,则可以向这些Agent提出协作要求,收到合作要求信息的Agent有权决定是否接受该合作请求,并给中心主控Agent以反馈,如此数次反复直至达成控制目标。基于多智能体的四轴协作规划 整个系统的控制策略主要是将中心主控器和四个旋翼控制器看成一组由5个智能体组成的多智能体（Agent），由一个主控智能体进行

7、决策,由4个旋翼智能体相互协作的完成系统的飞行任务。 四轴协同工作系统结构各个智能体之间的信息交流 CAN通信的主体： 1、中心控制智能体和四个旋翼控制智能体的信息交流; 2、旋翼智能体之间的信息交流 。 信息流的格式要求： 每个旋翼控制智能体都有独立的地址、自身的状态信息、群 组信息等等,每个旋翼控制智能体都可以 得到其它旋翼控制 智能体的状态信息,因此信息流的格式定义至少应该包括: 1.旋翼控制智能体的ID; 2.群组识别码; 3.接收方ID; 4.信息的详细描述中心控制智能体和四个旋翼控制智能体的信息交流格式 Messege=发送者接收者正文内容发送者=SenderlD 设中心控制智能体

8、的ID号定义为0 x10。但由于釆用的CAN总线通信,一次最多只能发送8个字节,而且中心控制智能体只有一个,因此由于数据长度的限制,中心主控智能体作为发送者的ID号省略。 接收者=ReceiverlD 中心主控制智能体每次都同时向四个旋翼控制智能体发送信息数据,因此在此处的ReceiverlD分别为系统定义的四个旋翼控制智能体的ID号,即:0 x11, 0 x12, 0 x13 和 0 x14。正文内容=旋翼控制器0 x11的PCA_PH旋翼控制器0 x12的PCA-_PH 旋翼控制器0 x13的PCA_PH旋翼控制器0 x14的PCA_PH 在本文中四个旋翼控制器的的PCA参数,或是地面控制站发送而来的,或是中心主控智能体经过传感器采集后,通过一定的算法得出的。 例如:系统要求四旋翼飞行器以悬停状态飞行。根据试验测得飞行器悬停状态的飞行器的PCA参数依次为: 旋翼控制器0 x11的PCA_PH=0 xF3 , 旋翼控制器0 x12的PCA_PH=OxFl, 旋翼控制器0 x13的PCA_PH=OxF3, 旋翼控制器0 x14的PCA_PH=OxFl,则地面控制站只要通过上位机操作软件发送数据流为:Ox 11 Ox12 Ox13 Ox14 OxF3 OxF1 OxF3 OxF1。中心控制智能体和四个旋翼控制智能体的信息交流格式 视觉/惯性全自主导航基本流程图