倾转四旋翼UAV过渡状态下旋翼/机身气动干扰数值分析

通过数值模拟的方法对十字构型倾转四旋翼UAV在倾转过渡状态下前旋翼/机身/后旋翼间的气动干扰进行了计算与分析。分别建立了孤立前旋翼、前后旋翼、前旋翼-机身、前后旋翼-机身组合时的计算模型。在不同旋翼倾转角下,研究了以上组合模型对前旋翼、后旋翼以及机身的气动力和力矩的影响并分析了相互间的气动干扰情况,得出了前旋翼是整机气动干扰影响的主导因素,揭示了旋翼/机身间气动干扰形成的原因,为该构型旋翼布置与控制系统的设计提供参考。

基于分布式控制的多无人机协作喷洒技术

针对现有的多无人机协同中航迹规划难、造成喷洒重叠遗漏等问题,文中研究了一种优化航迹的多无人机协同精准喷洒关键技术。建立四旋翼植保无人机的动力学模型,进行动态规划算法下的模拟实验。将无人机的作业能耗和非作业能耗、药液容量、路径长度作为约束条件,尽量减少转弯次数来优化航迹。该无人机集群采用分布式结构,利用了基于节点类型的贝叶斯联盟博弈算法,来对无人机联盟结构进行动态调整,达到航迹的优化目的。该方法已成功地应用于多无人机协同精准喷洒作业中,实验验证了该方法对航迹优化的有效性。

基于有限元的四旋翼无人机碳纤维结构优化设计与固有模态分析

根据消费级四旋翼无人机性能要求,设计了一款质量轻、强度高、航时长、构型简洁的全碳纤维结构消费级四旋翼无人机。建立了四旋翼无人机结构有限元模型,对额定载荷下无人机的结构应力进行了分析。基于最大应力强度准则,对无人机结构强度进行了校核。分析了结构的稳定性,计算了初始结构失稳临界载荷和失稳模态。基于最小重量要求对无人机初始结构的碳纤维铺层进行了优化设计。对优化后的结构进行了固有振动分析,给出了结构的前四阶固有频率和振动模态。优化后的结构在2 g过载下,极限载荷是最大使用载荷的2.57倍,失稳临界载荷是最大载荷的2.09倍,满足设计目标和要求。优化后的结构重量减少了21%,降低为108.6 g,有效载荷约为机体结构重量的3倍。

基于模糊PID控制的四旋翼无人机设计

针对四旋翼飞行器姿态控制中存在强噪声干扰时平稳飞行控制变差的问题,提出了基于自适应模糊PID控制器的四旋翼飞行器快速平稳调节方法。在Matlab中运用该方法对四旋翼飞行器的飞行进行仿真,并与经典PID控制算法的控制结果进行对比。仿真结果表明,模糊PID控制器比常规PID控制器具有更优良的动态性能及鲁棒性。经过多次试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器一系列稳定飞行的控制要求。

基于模糊专家决策的室内无人机避障系统

为实现四旋翼无人机室内环境下的全方位避障规划,搭建了以超声波传感器检测障碍物的三维检测装置,防止可见光影响的同时降低了系统成本。针对多传感器配置造成模糊规则"爆炸"以及模糊决策冲突问题,采用多级模糊控制器与专家系统相结合的方式进行三维立体避障决策,搭建了基于模糊专家系统的三维避障决策控制系统,进行了模糊控制器以及专家系统的设计,基于MATLAB仿真实验验证了方法的有效性。

多传感器融合四旋翼协同控制算法及其实现

针对四旋翼无人机定点悬停控制,从应用层面提出了多传感器数据融合方案,设计了相应的协同控制算法.在飞行器整体硬件架构基础上分析量测系统的各个传感器,对于姿态测量通道提出卡尔曼滤波算法,对于高度测量通道提出互补滤波算法,对于水平位置测量通道提出双传感器融合算法.基于四旋翼无人机的状态空间及其小扰动线性化模型,设计了与之相结合的协同控制算法并进行仿真.最后在物理平台上对设计的算法进行验证,表明多传感器融合与协同控制相结合的方法能有效提高四旋翼无人机的定点悬停精度.

基于微型四旋翼无人机的智能导航系统

为了实现四旋翼无人机的自主飞行,设计了该智能导航控制系统。飞行控制器采用陀螺仪与三轴加速度传感器相结合的方式检测飞行器姿态,通过ATMEGA644芯片分别控制4个电机驱动模块调速来实现飞行姿态的改变。导航系统通过ARM7控制GPS模块与电子罗盘,获取飞行器的实时位置,并利用软件滤波的方式提高了定位精度。设计了上位机控制软件,可加载数字地图并且设置飞行路线,通过无线串口与无人机通讯,实现无人机的智能自主飞行。通过实验证明该系统能够实现智能导航的功能。

小型无人机组合导航系统的姿态确定方法研究

为了解决小型无人机导航中的姿态确定问题,将小型四旋翼无人机作为研究载体,设计出一种组合导航系统姿态确定方法。采用最速下降法处理地磁仪与加速度计的数据来降低测量误差,引入无损卡尔曼滤波模型来抑制陀螺仪的漂移,并采用气压高度计来模拟GPS的效果,为系统提供实时飞行高度。应用该方法得到的导航数据用于无人机的姿态估计,可以为整个飞行控制系统提供必要的角度、速度、位置等导航信息,提高无人机飞行过程中的控制性能。

全尺寸四旋翼无人机教学平台设计与课程开发

针对无人机培训教学的需求,研制了一款适用于无人机教学的全尺寸四旋翼无人机教学平台,并开发了配套的课程。该平台实现了将无人机带入课堂,并真实飞行,增加了无人机操作的安全性和便捷性。配套课程能够通过与无人机互动实现相关基础知识和理论的学习。该平台建立了逼真的飞行操作环境,具备教学和实时显示功能,可完成无人机的各种训练操作程序,既满足培训要求,又节约费用、降低风险,可以大大提高无人机培训效率,缩短培训时间。

四旋翼无人飞行器的室内定位、导航与建图

根据室内环境半结构化的特点,通过激光扫描仪采集的数据得到特征点与特征线段,从而建立出室内环境的特征地图。利用特征点实现四旋翼无人飞行器在室内对自身的定位,同时根据现阶段特征点的个数制定导航算法,当四旋翼无人飞行器飞到下一位置时,再次建立局部地图,与此前建立的全局地图进行融合,实现全局地图的更新。

四旋翼无人机在农业植保领域的应用与实践

无人机的研发应根据市场需求,运用三维数字化设计技术进行三维实体建模可缩短设计周期,使用快速成型技术进行增材制造可降低生产成本。采用先进技术研发一款新型四旋翼无人机,使新产品不仅能快速响应市场,满足人们个性化需求,而且要提高性价比,功能多样化才能有巨大的市场应用前景。

基于MCU的四旋翼无人机智能电源系统设计

介绍了一种基于MCU的四旋翼无人机智能电源管理系统设计和实现方案。本系统以STM32 MCU为控制核心,以TI公司的降压控制器LM5117和CSD18532KCSMOS为核心器件,由滤波模块、稳压模块、电压反馈模块、AD控制模块,显示模块组成。利用LM5117的DC-DC功能和反馈模块,系统不但实现了动力系统要求的恒压恒流功能,此外还具有过流保护功能以及负载识别能力;通过抑制电源纹波的产生,满足了控制系统的低噪声纹波电压的要求,另外系统进行了抗干扰设计。

新工科背景下跨学科四旋翼无人机实践平台的设计

四旋翼无人机实践平台以微控制器为主控系统,利用锂电池作为动力系统,并通过各类传感器采集四轴无人机的姿态数据和高度数据,确保其稳定飞行。该平台涵盖了光机电算等多个学科的内容,配套了机械设计、硬件电路设计和焊接、传感器应用以及程序设计等实验项目。在教学过程中采用项目式教学模式串联各个知识点,帮助学生构建完备的知识体系,提高学生的工程实践能力。

采用改进积分反演法的四旋翼无人机容错控制

为了提高四旋翼无人机(UAV)在遇到执行器故障和干扰时的稳定性,通过引入误差积分信号和动态因子,提出一种改进的积分反演容错控制方法。建立四旋翼UAV的动力学方程,并将其分解成高度、滚转、俯仰和偏航四个回路,给出执行器故障模型,将提出的改进控制方法应用在四个回路的控制律设计过程中,大幅提高了系统的容错性能。通过对比仿真实验结果表明:提出的改进积分反演容错控制律实现了对指令信号的快速响应和准确跟踪,有效改善了系统的动态性能和稳态性能,可实现包容执行器故障和干扰的四旋翼UAV稳定安全飞行。

基于自适应调控技术的农田监测无人机设计

以农田监测用四旋翼无人机为研究对象,针对控制过程出现的强振动和干扰信号,采用自适应调控技术建立了一套四旋翼无人机自适应控制系统。当外界干扰信号频率不断提高时,四旋翼无人机自适应控制器能够有效地对外界干扰进行抑制,同时对不确定因素进行自适应。四旋翼无人机自适应控制器有效解决了由无人机自身产生的振动干扰信号,对瞬态响应过程中的误差信号进行跟踪,确保无人机具有较好的瞬态性和飞行控制稳态性能。

四旋翼无人机航拍云台的控制系统设计

四旋翼航拍云台是低空机载拍摄中稳定相机视轴的稳定平台,选取两轴云台为设计对象,对云台的控制系统进行设计研究。其中控制系统包括视轴框架传感器,云台主控制器,云台框架电机,云台框架四部分组成。通过闭环控制反馈传感器对云台电机检测的位置信号到主控制器中,主控制器处理信号并控制电机转矩,使云台电机隔离无人机的机体扰动,可靠稳定地完成航拍任务。改进了传统人工调节PID控制参数的繁琐方式,采用遗传算法来整定PID控制参数,并通过仿真验证了该方法整定的参数使控制系统无超调,响应速度快。

一种低成本航拍四旋翼农用无人机的设计

为在农业监测中获得大面积的农田影响信息,设计一种成本低、稳定性高且可存储图像和视频的航拍四旋翼农用无人机,用于农田信息监测。装置包括控制器、姿态传感器、电子调速器模块、无刷电机、图像采集模块、存储模块和遥控器,以STM32103CBT6为核心处理器,并移植入uC/OSII操作系统,通过姿态传感器MPU6050及磁力传感器HMC5883采集姿态数据,并经过滤波、四元数、欧拉角转换,以串级PID作为主要控制算法控制无刷电机,保证四旋翼的平衡。用遥控器控制其姿态及航拍,并将视频数据经过滤波等处理后以AVI格式存入SD卡,用于农作物生长状态,生理指标的检测或进行农作物产量的估计。

自主巡航四旋翼无人机电气控制系统设计

针对自主巡航四旋翼无人机电气控制部分,完成了电气控制系统硬件方案设计,论述了摄像头、磁力计、超声波传感器、六轴传感器以及CPU芯片的选择,并对所设计的摄像头引导线图像处理算法、四元素角度融合、姿态控制算法、高度控制算法和巡线控制算法分别进行性能测试和调试,通过调试与试验验证了设计方案的正确性。

串联模糊PID控制的四旋翼无人机控制系统设计

针对四旋翼无人机飞行过程中遇到信号干扰时姿态控制性能变差的问题,设计了基于串联模糊自整定PID控制器。系统采用串级PID控制算法,在内环角速度控制器中加入了模糊自整定PID参数控制器,提高了系统稳定性和抗干扰能力。在无人机飞行控制实验过程中响应速度快,振荡幅度小,缩短了系统稳定的调整时间。在该实验系统的基础上开设了本科生开放创新实验——四旋翼无人机控制系统设计,有效提高了学生专业知识运用能力和创新能力。

基于拓扑优化的四旋翼无人机机身轻量化设计

针对四旋翼无人机机身轻量化需求,以小型四旋翼无人机机身结构为研究对象,基于质量最小原则对四旋翼无人机机身结构进行轻量化设计。选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)材料,利用Inspire软件分别对不同优化目标下的机身模型的形状控制进行了拓扑优化计算,依照质量最小原则,得到了基于形状控制为辐射状的小型四旋翼机身的关键结构特征。然后对拓扑优化的最优结果进行了几何重构及强度校核,得到适合于3D打印的结构,相对于初始结构实现了54%减重,且多工况下机身模型的应力、位移、安全系数都符合设计要求,接着通过切片软件设置层厚、模型摆放位置等参数对机身的三维数据进行前处理,最后通过3D打印机实现轻量化模型熔融沉积成型(FDM)快速制造。该研究结果为四旋翼无人机机身结构的设计提供一种新的设计思路,为实现低成本、轻量化的四旋翼无人机结构提供一条新的途径。