倾转四旋翼无人机垂直起降阶段控制系统研究

　　摘 要 在倾转四旋翼无人机控制系统规划过程中，为了满足系统稳定性、安全性运行需求，要求相关技术人员在系统操控过程中应注重运用Keil编码器对ADuCRF101进行编程，且借助MEMS惯性元件等，构建闭环系统空间，达到远程飞行数据整合目的，满足无人机操控需求，营造良好的控制系统运作空间。本文从无人机控制方案分析入手，并详细阐述了无人机控制系统规划措施，旨在推动当前倾转四旋翼无人机设计手段的进一步完善。 　　【关键词】无人机 垂直起降 控制系统 　　在无人机运行过程中，传统控制系统运作模式已经无法满足垂直起降阶段控制需求，因而在此基础上，为了实现对无人机飞行情况的监控，应注重在控制系统规划过程中通过Visual Basic编写程序，且调试无人机系统或监控界面，就此实现对无人机飞行状况的监管，规避无人机垂直起降作业中故障现象的凸显，达到稳定、安全飞行状态。以下就是对无人机垂直起降阶段控制系统优化的详细阐述，望其能为控制系统优化工作的展开提供有利参考。 　　1 无人机控制方案 　　就当前的现状来看，无人机控制方案的实施应从以下几个层面入手： 　　（1）在姿态控制方案完善过程中，应注重将横滚、偏航、俯仰等无人机飞行姿态内容纳入到其中，同时注重在飞行姿态参数反馈过程中，以箭头长度反应旋翼拉力大小，而箭头方向表示倾转方向，就此达到最佳的姿态控制方案完善状态； 　　（2）位置控制方案，即由于无人机在飞行过程中涉及到了高度、前向、侧向运动等不同运动方式，因而在无人机控制方案实施过程中，应注重健全位置控制方案，例如，在前向运动控制作业中，若无人机发生俯仰运动，应对无人机与水平面夹角信息进行反馈，同时注重表示水平方向分力，就此达到最佳的俯仰运动调节状态。 　　即在无人机操控过程中，控制方案的完善有助于保障无人机飞行安全性，为此，应提高对其的重视程度，打造良好的无人机运行空间，满足无人机控制需求。 　　2 倾转四旋翼无人机垂直起降阶段控制系统分析 　　2.1 控制系统硬件设计 　　在无人机垂直起降阶段控制系统设计过程中，为了满足无人机飞行要求，应注重首先完善控制器，即配置ADuC7027单片机计算位姿，采集数据信息。而在主控计算机规划过程中，应完善ADuCRF101单片机等元件，继而利用单片机射频传输功能，以I2C方式对通讯信息进行传递。同时，在系统执行器操控过程中，应注重配置PWM接口，且保障PWM接口为4个，继而高效率整合系统资源，打造良好的系统运作环境。此外，在无人机控制系统硬件设计过程中，亦应注重完善指令输入模块，即通过JR DSX9 CS型2.4GHz等遥控器，对系统输入指令进行启停操控，且在输入模块完善过程中，为了提升整体通信质量，应将通道数量扩展至9个以上，并针对系统数据信息进行PPM信号编码处理，最终反馈至系统接收机，实现对无人机垂直起降过程的有效操控。 　　2.2 控制系统软件设计 　　2.2.1 数据采集与通信程序 　　在无人机垂直起降阶段控制系统设计过程中，强调软件设计环节的开展亦是非常必要的，为此，在系统软件控制部分完善过程中，应首先依据系统接收机信息数据采集需求，配置I2C、SPI、UART等接口，同时注重在遥控指令数据采集过程中，对数据进行处理完毕后，反馈至PWM信号接口，并以脉冲宽度读取方式，控制系统资源，达到高效性系统数据应用状态。而在接收机数据输出过程中，应严格遵从22ms更新一次的原则，将数据以“0×0000”+“0×FFFFFFFFFFFF”格式进行输出处理，且保障通过5个通道输出，达到最佳的数据采集状态。而在系统通信程序设计过程中，应注重配置主从机通信，且在主从机连接过程中，健全I2C通信通道，达到最佳的系统通信控制状态。另外，在通信程序数据处理过程中，应注重采集32位浮点型数据，继而乘以100，后转为16位数据，再除以100，满足通信数据传输需求，提高控制系统信息采集精度，满足无人机控制要求。 　　2.2.2 位姿数据计算 　　在无人机垂直起降阶段控制过程中，为了达到最佳的控制状态，要求相关技术人员应借助控制系统计算位姿数据，即通过积分算法：θ（k）=θ（k-1）+ω（k）・T（k≥1）对姿态角进行计算，且基于姿态角数据获取的基础上，通过加速度公式：ax=axo+gsinθ、ay=ayo-gcosθsinФ，计算水平位置，就此实现对飞机飞行状况的调节，达到最佳的飞行阶段操控状态。此外，基于位姿数据获取的基础上，强调对位姿信息的校准处理亦是非常必要的，为此，相关工作人员在实际工作开展过程中应提高对其的重视程度，达到最佳的无人机控制状态。 　　3 结论 　　综上可知，在无人机飞行过程中，强调对垂直起降阶段的控制是非常必要的，为此，相关技术人员在实际工作开展过程中应注重针对无人机实际飞行状况，完善控制系统，且在倾转四旋翼无人机控制系统完善过程中，优化控制系统硬件设计、控制系统软件设计等，由此达到最佳的无人机控制作业效果，满足无人机稳定、安全飞行要求，提升飞行控制水平。 　　参考文献 　　[1]骆博，陈晓.基于模糊自整定PID控制倾转旋翼飞行器控制系统设计[J].化学工程与装备，2015，20（11）：168-170. 　　[2]张啸迟，万志强，章异嬴等.旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器概念设计研究[J].航空学报，2016，11（01）：179-192. 　　[3]王海洋，江涛，路平.三倾转旋翼无人机直升机模式建模与控制研究[J].计算机测量与控制，2015，13（08）：2742-2744+2794. 　　作者单位 　　武汉科技大学 湖北省武汉市 430080