六轴旋翼碟形飞行器控制系统设计-图文

万方数据昆嘲露哮曼塑黑嬲.耵.r………。’j;姿态规定:i●以顺u.ICt方向(CH2,CH4.::CH6为jF方向;:●眦向前(L升方向为正方向:;;・以向右(右进方向为正方向;j;如右围所示.CH2、CH4,cH6为}i顺时针方向.CHI.CH3、CH5为::逆时针方向。二…………:图1旋翼转向示意图运动。当六个电机同时增速(减速时,可以实现该飞行器的上下平移运动。当六个电机的升力之和等于飞行器的自重时,飞行器便可以保持悬停。水平面内的前后运动是电机2、3增速(减速的同时,电机5、6减速(增速,电机1、4保持先前的速度不变,此时保持旋翼2、5对机身的反扭矩等于旋翼3、6对机身的反扭矩,在电机2、3与电机5、6的升力之差的作用下,飞行器发生倾斜,得到水平面的前后运动。类似的,通过六个电机的不同组合可以实现飞行器的多种运动姿态,从而可以实现飞行器的各种复杂运动。例如:我们暂时规定电机1和电机4所在的直线为x轴,与此直线垂直的为Y轴,当电机CHI、CH4转速保持不变,电机C142、CH3转速同时减小,电机CH5、CH6f一转速同时增加时,飞:行器将绕电机CHl和C1-14所在的x轴做滚转运动,其滚转转运动示意图如图2所示。1.2主要功能和总体设图2飞行器绕X轴滚转示意图变飞行控制器的主要功能如下:提供多个通信信道,使飞行器与地面控制系统进行通信;由两块单片机组成控制系统核心,提供足够的存储空间,以满足复杂软件控制的实现;双机通信使信息传输更加准确,减少信道传输时间;通过串口异步通讯与计算机相连,方便其信息的传输与控制;通过ISP编程接口,可以方便对其软件操作部分进行修改;飞行器工作在手动操控模式。该控制系统以单片机为核心,加上相关的外围电路、传感器检测电路够成一个闭环控制系统。飞行器控制系统方框图如图3所示。为了提高飞行器的智能化和可操控性,通过安装角速度传感器作为姿态传感器,通过角速度传感器获取其角度信号,便可以感知飞行器当前的状态,反馈到单片机中并与目标状态相比较,再融合其加速度传感器采集的信号一起完成其姿态的检测。飞行器姿态的控制是通过PID控制算法实现的。2控制系统硬件设计图3六轴飞行器控制系统方框图基于六轴飞行器的特殊结构和体积小、功耗低、重量轻等特点,飞行器的控制系统设计是以ATMEGA8535和AT・MEGA8单片机为核心。并且在进行元器件的选择上尽量选用贴片封装的电阻、电容及其它元器件,使整机总体重量减轻,并尽可能采用功耗低的CMOS元器件,使总机的整体功耗降低。2.1模拟遥控器电路为r模拟控制系统的硬件设计,采用ATMEGA8535单片机设计了—个简单的模拟遥控器,该模拟遥控器能够输出副翼通道、升降通道、油门通道、方向通道等四个通道的PWM控制信号。同时结合protues软件便能够对该控制系统电路进行仿真,对于控制系统硬件电路的改进和程序的改进具有重要的作用,利用protues软件所画的模拟遥控电路如图4所示。图4模拟遥控器仿真电路2.2ISP在线编程接口电路该六轴旋翼飞行器的平衡控制是通过多次实验所得出的数据进行修正改进的,ISP接口电路对于软件程序部分的修改极大提供了便利作用,便于及时修改控制参数。2.3PWM信号隔离电路由于飞行器在飞行过程中电机的转动会产生较大的冲击电流和脉冲干扰,对单片机从而有一定的干扰,为了提高飞行控制系统的可靠性,有必要对ATMEGA8535单片机输出的PWM信号进行隔离