齊鐸 畢曉偉 楊偉旗 靳少君 趙桓

摘 ?要：近年來，由于無人直升機結(jié)構(gòu)簡單、飛行靈活等特點，在商用和民用各個領(lǐng)域高速發(fā)展。直升機事故也頻繁發(fā)生。隨著直升機技術(shù)的高速發(fā)展和性能需求，對無人機的自主性提出了更高的要求。該文以無人直升機為試驗平臺，圍繞自主跟蹤目標(biāo)這一需求，設(shè)計了一套無人直升機目標(biāo)監(jiān)測跟蹤控制系統(tǒng)。首先，根據(jù)直升機的飛行原理，設(shè)計基于PID算法的控制律。其次，以實現(xiàn)目標(biāo)監(jiān)測跟蹤這一目標(biāo)，設(shè)計了硬件總體方案。最后，整合軟硬件，對系統(tǒng)性能進行驗證。

關(guān)鍵詞：無人直升機 ?位置跟蹤 ?監(jiān)測

中圖分類號：V279 ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）06（c）-0021-02

近年來，由于直升機的高速發(fā)展，國內(nèi)外都針對直升機的控制系統(tǒng)進行了大量研究，由于其易受外界環(huán)境干擾，為達(dá)到無人直升機可靠跟蹤飛行的目的，該文運用PID控制方法對無人機控制系統(tǒng)進行軟硬件研究設(shè)計。

1 ?PID控制理論

PID控制方法即通過比例、積分和微分調(diào)節(jié)實現(xiàn)對控制對象的閉環(huán)控制[1]。PID控制因其設(shè)計方法簡單、控制效果良好、抗干擾性強等特點在實際工程中廣泛應(yīng)用。針對四旋翼無人直升機控制器，對直升機姿態(tài)和位置進行控制律算法設(shè)計。

1.1 系統(tǒng)描述

假設(shè)直升機為剛體且結(jié)構(gòu)對稱[2]，對四旋翼無人直升機進行飛行原理分析。按照四旋翼無人直升機飛行方向的不同，可分為垂直（上升、下降、懸停）、俯仰（前進、后退）、滾轉(zhuǎn)（左側(cè)飛、右側(cè)飛）和偏航（逆時針轉(zhuǎn)動、順時針轉(zhuǎn)動）4個飛行方向。對4個旋翼進行編號，如圖1所示，對飛行方式進行分析。

2 ?系統(tǒng)設(shè)計

直升機位置監(jiān)測跟蹤是根據(jù)無人機上的傳感器或者攝像頭采集位置信息，包括采集時間、經(jīng)緯度、海拔高度、航向角、俯仰角、橫滾角等信息，將采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)幀的方式傳輸。

由上一節(jié)的建模分析可知，為了實現(xiàn)直升機位置監(jiān)測跟蹤的目標(biāo)，主控制器需要完成取讀傳感器數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等工作，且為了減輕直升機的負(fù)載，盡量減小控制器體積。該模塊可以實時采集直升機位置信息，并將信息寫入SD卡中。

在實驗過程中，將設(shè)計好的系統(tǒng)進行驗證。

3 ?結(jié)語

該文采用了PID控制算法設(shè)計了四旋翼無人直升機控制器，通過對直升機控制回路和算法設(shè)計，達(dá)到了預(yù)期性能指標(biāo)，有良好的抗干擾性，驗證了該項目的可使用性。

參考文獻

[1] 黃根春，陳小橋，張望先.電子設(shè)計教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2] 陳琦，甄子洋，王新華，等.基于積分帆布法的四旋翼無人直升機飛行控制研究[A].中國制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制學(xué)術(shù)會議[C].2012.

[3] 稅海濤.無人駕駛直升機飛行控制算法研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2005.