[发明专利]一种无线三自由度直升机实验平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络实验平台，具体说是一种无线三自由度直升机实验平台。

背景技术

随着无线技术的发展使得信息的传输不再受距离和物体运动的限制，信息技术贯穿于各个领域，给生产、生活带来了前所未有的便捷。近年来，传感器技术、无线通信技术与嵌入式计算技术的不断进步，推动了无线传感器网络的快速发展，引起了人们的极大关注。无线传感器网络主要面向“物与物”、“人与物”之间的信息交互，将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，极大地扩展了网络的功能和人类认识世界能力。无线传感器网络使用大量具有多功能、多信息信号获取能力的传感器，采用无线方式接入自组织的网络，进行信息的感知与采集。因此，无线传感器网络的应用前景非常广阔，其能够广泛地应用于国防军事、环境监测、医疗卫生、交通管理、空间探索、建筑物状态监控以及工业园区安全监测等领域。将无线传感器技术应用于三自由度实验平台将降低实验设备的成本，增强设备的灵活性，又可以保证数据传输的可靠性。

传感器节点是无线传感器网络的重要组成部分，通常由6大功能模块组成，即电源模块、传感模块、计算模块、存储模块、通信模块、和嵌入式软件系统。电源模块为其他几个模块的运行提供能量。传感器模块负责监测区域内信息的采集与转换，计算模块是传感器节点的核心，负责处理数据和系统管理如设备控制、任务调度和数据融合等，并能存放程序和数据到存储模块。无线通信模块负责与其他节点通信，交换控制信息和收发采集数据。无线传感器网络的重要设计目标就是将大量可长时间感知、处理和执行任务的传感器节点嵌入到物理世界中。

三自由度直升机系统(简称直升机系统)作为自动控制和航空航天实验系统，可以满足工科院校的自控原理、现代控制理论、控制系统和计算机控制系统课程设计的需求。三自由度直升机实验系统是研究直升机飞行控制技术的平台，可以应用于飞行器控制系统的半实物仿真试验和性能测试等场合，用以模拟横列式直升机，即倾转旋翼机的直升机状态。其控制系统属于典型的多输入-多输出系统，具有非线性和强交叉耦合性，是控制系统中较为复杂的被控对象。实验室常规配备的三自由度直升机平台采用计算机+运动控制卡的控制方案，采用有线线路，线缆多且复杂，在空间有限的实验条件下无法确保实验人员的人身安全，同时连接关系复杂的电缆在设备维修保养方面也存在很多不便之处。

发明内容

鉴于已有技术存在的不足，本发明的目的是要提供一种操作便捷、稳定性强、实时性好的无线三自由度直升机实验平台。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种无线三自由度直升机实验平台，其特征在于，其包括：

固高GHP三自由度直升机本体、能量供应单元、传感模块、无线通信模块、计算机、系统软件以及执行机构；

所述固高GHP三自由度直升机本体用于模拟直升机飞行姿态，经传感模块采集当前的飞行姿态数据后，通过无线通信模块发送至计算机进行分析处理，计算机根据所获得的飞行姿态数据得出控制决策，再经无线通信模块发送给执行机构调整飞行姿态，以实现对飞行姿态和速度的实时控制。

进一步地，所述固高GHP三自由度直升机本体包括基座、机架臂、平衡配重块以及两个并列设置的螺旋桨；

各所述螺旋桨均由连杆固定连接，且连杆中间位置与机架臂一端固定连接；所述机架臂另一端设有平衡配重块；所述机架臂以基座为支点在水平面内做旋转动作，在竖直面内做俯仰动作；基座通过一竖直支撑杆与机架臂配合连接；所述竖直支撑杆下连有集电环。

进一步地，所述无线通信模块包括五个TelosB传感器节点，分别为第一节点、第二节点、第三节点、第四节点和第五节点，其中第一、第二、第三节点分别对应传输传感模块所采集的飞行姿态数据；第四节点为汇聚节点，接收第一、第二、第三节点传输的数据并将之传输给计算机；所述计算机将控制决策经汇聚节点传输给连接于执行机构的第五节点，实现对执行模块的实时控制。

进一步地，所述传感模块包括安装在机架臂旋转轴上的旋转速度位置编码器、安装在机架臂俯仰轴上的俯仰角位置编码器以及安装在螺旋桨横侧轴上的螺旋桨翻转角位置编码器；

所述旋转速度位置编码器经一计数器连接至第一节点，并由第一节点传输其采集的飞行姿态数据；

所述俯仰角位置编码器经一计数器连接至第二节点并由第二节点传输其采集的飞行姿态数据；

所述螺旋桨翻转角位置编码器经一计数器连接至第三节点并由第三节点传输其采集的飞行姿态数据。