基于STM32的多轴飞行器系统设计

多轴飞行器是一种无人航空载具,因可垂直起降、飞行姿态稳定、操控灵活而著称,在军事、民用等领域都有广阔的应用前景。文章以四轴飞行器的控制系统为研究对象,阐述了四轴飞行器的结构与飞行原理,通过对飞行器两种姿态解算算法的对比,最终选用互补滤波算法。在飞行器的硬件设计方面,对系统主要模块进行选型并设计外部电路。在软件方面,设计了控制程序流程图以及姿态结算算法和PID控制算法的流程图。测试结果表明,该系统达到了预期的设计功能。

不同植保机械施药对水稻病虫防治效果的研究

对自走式喷杆喷雾机、多旋翼植保飞行器、背负式机动弥雾机3种不同植保机械施药的作业效果及水稻病虫防治效果进行比较。结果表明,自走式喷杆喷雾机与植保飞行器工效远高于背负式机动弥雾机,是背负式机动弥雾机的6.7~10.0倍。且自走式喷杆喷雾机用工成本较低,每公顷24元,植保飞行器用工成本每公顷36元,是背负式机动弥雾机的1/5~1/3。多旋翼植保机飞行器喷药速度比自走式喷杆喷雾机快,但电池充电耗时较长。自走式喷杆喷雾机喷幅宽,喷雾均匀、用水量足,与多旋翼植保飞行器均适用于大面积推广,值得应用。多旋翼植保飞行器对水稻病害的防治效果较差,其用水量与病害控制效果有一定的关系,建议加大用水量或添加沉降剂使用。

基于滞后补偿ESO的多旋翼SO(3)全姿态控制

基于扩展状态观测器(ESO),提出了一种状态观测器滞后补偿改进方法,用于imu传感器在不同的采样率和时间延迟的情况下提供连续时间内的无延迟估计。为了达到更好的控制效果,采用SO(3)全姿态控制分离出航向、翻滚、俯仰3个姿态进一步改进了姿态控制器的性能。利用姿态运动学的基本对称性对扩展状态观测器进行了优化,证明了该方法能够再现连续的无时间延迟测量,并在实际测试中证明了即使存在测量噪声和延迟不确定性的情况,飞行器也能达到良好的性能。

一种多旋翼飞行器的设计及实验验证

传统多旋翼机具有欠驱动特性,且平移、旋转运动均存在强耦合,极大地限制了飞行器的机动性能.为此本文设计了一种具备全向运动、推力矢量控制飞行、倾转悬停功能的多旋翼飞行器.该飞行器结构为正四面体,4个倾转旋翼模组分别固定于该四面体的4个顶点.每个倾转旋翼模组能够提供矢量推力,从结构上实现了飞行器姿态控制和位置控制的解耦,使得飞行器能够实现3维空间中全姿态的轨迹跟踪.为避免欧拉角控制产生的奇异性,设计了基于四元数的姿态控制器.利用可控性原理分析了旋翼发生故障时飞行器的可控性,证明了相比传统飞行器它具有更高的容错性.样机实验测试了该飞行器的大角度复杂机动动作以及推力矢量控制飞行能力,可实现最大70°的倾转悬停.实验结果表明,该飞行器相比于传统的四旋翼飞行器具备更高的机动性.