[发明专利]一种多维度四旋翼飞行器姿态控制仿真实验平台

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器实时仿真平台，尤其是涉及一种多维度四旋翼飞行器姿态控制仿真实验平台。

背景技术

在对四旋翼飞行器研制过程中，不可能每次对飞行器测试使用真机测试，其一成本代价过高，任意一架装配齐全的四旋翼飞行器价格不菲，如果测试时不慎损坏，将会增加研发成本；其二容易引发安全事故，由于样机不稳定性极高，极易引发坠机事故，所以四旋翼飞行器仿真实验平台的作用是巨大的。通过仿真实验平台，可以验证控制算法是否正确，即使存在错误也可方便快速对参数进行调整，实时验证控制算法的可靠性，进而可以在研发初级阶段发现并解决问题。

但四旋翼无人飞行器有极强的静不稳定性，且在动力学上具备欠驱动、强耦合与非线性等特点，这些都增加了飞行控制器的设计难度，因此实物飞行实验风险大、成本高，且受周围环境制约较多。多数高校及科研机构采用纯数值仿真实验的方法模拟飞行器的飞行，这样的实验手段虽高效便捷，但由于其难于真实地展现复杂多变的实际情况，使仿真结果的置信度大大降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多维度四旋翼飞行器姿态控制仿真实验平台。针对目前尚无一款测试功能齐全的四旋翼飞行器姿态控制仿真实验平台，本发明设计出一款可以在线实时仿真验证四旋翼飞行器控制算法的实验平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多维度四旋翼飞行器姿态控制仿真实验平台，该实验平台包括飞行器、飞行控制器和上位器，所述的上位机、飞行控制器和飞行器依次连接，所述的飞行器包括三自由度转动部件以及与转动部件可拆卸连接的多个机翼，所述的机翼远离转动部件的一端安装有无刷电机和螺旋桨，所述的机翼上还设有电子调速器，所述的电子调速器通过无刷电机连接螺旋桨，所述的飞行控制器连接电子调速器；

根据需求确定可拆卸机翼的安装数量，当实验只需要验证一自由度飞行姿态控制时，只安装一对机翼，当实验需要验证三自由度飞行姿态控制时，安装两对机翼；所述的飞行控制器接收飞行器数据，飞行控制器通过控制电子调速器调整无刷电机转速，调整飞行器状态。

所述的可拆卸机翼包括两对机翼。

所述的飞行控制器包括MCU测量单元和微处理器，MCU测量单元实时测量飞行器的姿态角数据反馈至微处理器，微处理器通过控制电子调速器调整无刷电机转速，调整飞行器姿态。

所述的MCU测量单元包括陀螺仪和加速度传感器，所述的陀螺仪和加速度传感器输出端均分别与微处理器连接。

所述的姿态角数据包括俯仰角、横滚角和偏航角数据。

所述的实验平台还包括底座，所述的三自由度转动部件安装在底座上。

所述的实验平台还包括支撑架，所述的飞行控制器通过支撑架安装在三自由度转动部件上。

所述的可拆卸机翼通过紧固螺丝固定在三自由度转动部件上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可拆卸机翼设计灵活方便：特别应用于四旋翼飞行器研发初级阶段模拟仿真实验，适用于高校教学，当实验只需要验证一自由度飞行姿态控制时，只安装一对机翼，当实验需要验证三自由度飞行姿态控制时，安装两对机翼；学生从一自由度扩展至三自由度进行学习，由易到难，学习完整系统的验证整个飞行器控制原理，更便于学生理解；

2、实时更新算法，模拟效果好：上位机实时更新编写整个飞行器的控制算法，并将飞行控制算法下载至飞行控制器中，当飞行器控制算法存在缺陷时，可以实时修改算法并重新下载至飞行控制器中反复验证；

3、实时监控飞行器状态：上位机还可以实时监控无人机的各个姿态角信息、电机转速，并根据情况进行调整；

4、减少研发成本：避免用真机测试算法发生意外事故，造成巨大的经济损失，从而减小研发成本。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的三自由度转动部件立体结构示意图；

图3为本发明的工作原理示意图；

1、无刷电机，2、可拆卸机翼，3、支撑架，4、飞行控制器，5、螺旋桨，6、紧固螺丝，7、电子调速器，8、三自由度转动部件，9、底座，10、数据线，11、上位机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。