中国现代教育装备
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 教育科技  
微型四旋翼位姿监测与控制实验系统设计
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2021-4-30 10:21:20
  [导读]为掌握微型四旋翼工作原理、姿态监测、系统建模以及位姿在线控制和调试方法,设计了微型四旋翼位姿监测与控制实验系统:软件基于C#、MatLab和MDK开发,能够实现微型四旋翼姿态实时监测、系统仿真、在线调试与控制;硬件包含四旋翼本体、遥控器和调试支架,能够进行微型四旋翼桌面在线调试。依托系统设置了五大项14小项实验内容,实际运行表明系统可以满足相关学习要求。

  微型四旋翼因其原理易懂、操作简单、成本低廉、飞行安全等特点成为多旋翼无人机入门机,通过了解其结构原理、系统建模、姿态解算和控制方法,掌握在线调试和系统仿真工具,可为学习者学习和掌握大型多旋翼无人机提供经验和帮助。

  市场上,微型四旋翼成品虽然造价低、上手快,但开源性差,因此一般适合简单操作,不适合深入学习使用;一些高校和教学设备生产厂家开发的四旋翼教学平台[1-3]鲜有将四旋翼的姿态监测、建模仿真和在线调试集成,形成一个综合实验系统。笔者在设计开发的微型多旋翼半物理虚拟仿真实验平台[4]基础上,硬件部分改善微型四旋翼的安装和调试方式,使调试操作更加灵活方便;软件部分改善姿态监测功能的软件布局和功能,完善基于MDK的在线调试和控制功能,增加系统建模和仿真功能,形成的实验系统更具交互性、开源性和综合性。

  1 微型四旋翼位姿监测与控制实验系统总体设计

  2 微型四旋翼位姿监测与控制实验系统硬件平台设计与搭建

  3 微型四旋翼位姿监测与控制实验系统软件平台的设计与实现

  4 系统实验项目设置

  5 结语

  本文针对微型四旋翼实践教学要求,基于C#,MatLab和MDK开发软件设计开发了微型四旋翼位姿监测和控制实验系统。实际操作表明系统界面合理、功能完善、人机交互良好,硬件安装操作简便,可以作为高校自动化、机器人及相关专业的本科生进行微型四旋翼原理、算法、建模、仿真和在线调试学习的综合实验系统推广使用。系统可以进一步完善的是:与前期的虚拟组装和模拟训练系统相结合,形成一套集原理学习、硬件组装、建模仿真、在线控制和模拟训练为一体的综合实践系统。

  参考文献

  [1] 徐杰,祁红岩.四旋翼飞行器实验平台设计[J].实验室研究与探索,2017,36(9):63-65,86.

  [2] 温凯,陈缪.全尺寸四旋翼无人机教学平台设计与课程开发[J].实验技术与管理,2018,35(9):100-103.

  [3] 边文超,曾庆凯,刘玉虎.多旋翼无人机教学平台虚拟监控仪器设计[J].智能机器人,2019(1):66-70.

  [4] 马忠丽,刘宏达,张兰勇,等.微型多旋翼无人机半物理虚拟飞行和控制实验平台[J].实验技术与管理,2019,36(05):115-118.

  [5] 胡改玲,桂亮,权双璐,等.串联模糊PID控制的四旋翼无人机控制系统设计[J].实验技术与管理,2019,36(3):132-135.

  [6] 孟佳东,赵志刚.小型四旋翼无人机建模与控制仿真[J].兰州交通大学学报,2013,32(1):63-67.

马忠丽 吴丽丽 尹馨仪 李嘉迪 曾钥涵 成都信息工程大学控制工程学院


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