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时间:2018-07-15
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1、基于神经网络的多维气压空速计项目作者:韩啸丁锴李念指导教师:盛蔚2011年4月摘要多维气压空速计是一种大气数据系统,依靠空速计前段的压力测量点,测量其表面压力分布,通过解算这些压力数据,获得飞机飞行所需的大气数据。飞行中的基本大气数据包括动压、静压、迎角以及偏航角,所测得的表面压力为这些参数的非线性函数,本系统通过三点法解算以及神经网络校正,使多维气压空速计达到一个较高的测量精度水平。通过风洞实验数据,对本系统计算数据进行校正,并且验证了系统的性能。证明了本系统的实用性。关键词:大气数据,神经网络,迎角,侧滑角,空速。ivAbstractMulti-dime
2、nsionalairspeedmeterisanatmosphericpressuredatasystem.Basedontheprecedingairpressuremeasuringpoint,measurethesurfacepressuredistribution.Wecancalculatethepressuredatatoobtainthenecessaryairdataflight. Thebasicatmosphericflightdataincludedynamicpressure,staticpressure,angleofattacka
3、ndangleofthesideslip.Themeasuredsurfacepressureisanonlinearfunctionoftheseparameters.Thesystemcansolvethedatabythree-pointmethodandneuralnetworkcalibration,andthenmakesthemulti-dimensionalairspeedmetertoahigheraccuracylevel. Throughthewindtunneltestdata,wecancalibratedataofthesyste
4、mandverifytheperformanceofthesystem. Demonstratethepracticalityofthesystem. Keywords:atmosphericdata,neuralnetworks,angleofattack,angleofthesideslipandairspeed. iv目录摘要iAbstractii目录iii图表清单iv0项目背景11设计思想11.1大气数据11.2五孔探针11.3嵌入式大气数据系统12硬件系统设计22.1空速管实体设计22.2大气数据采集处理通道32.3串行通信接口43算法实现43.1
5、空速管的空气动力学模型43.2实际设计中外形参数53.3基于神经网络的解算方法63.2.1三点法计算表面迎角与侧滑角63.2.2马赫数计算73.2.3BP神经网络与径向基神经网络74实验结果与实验数据84.1风洞实验数据趋势84.2计算结果及其校正114.2.1迎角及偏航角的计算和校正114.2.2空速的计算13结论13参考文献14iv图表清单图表1F18嵌入式大气数据系统测压点分布2图表2空速管外观设计3图表3空速管实物照片3图表4气压传感器外观4图表5圆周角、圆锥角定义5图表6X-33中圆周角、圆锥角取值5图表7实际圆周角、圆锥角取值6图表8数据解算流程
6、6图表9测压点1随α变化趋势8图表10测压点1气压值随侧滑角β变化趋势9图表11测压点1气压值在风速为21.48m/s时,随α、β变化趋势9图表12测压点2气压值随侧滑角β变化趋势10图表13测压点1、2、3气压值在风速为21.48m/s时,随侧滑角β变化趋势10图表14实验测量α、β值11图表15计算得出的αlocal、βlocal值11图表16数据拟合12图表17经网络修正后的α、β值12图表18计算α、β所用的神经网络模型13图表19计算空速所用的神经网络模型13iv北京航空航天大学第二十一届“冯如杯”学生参赛作品0项目背景随着无人机在现代军事的广泛应
7、用,相关无人机设计、控制的研究显得越来越重要。在无人机控制过程中,需要各路传感器为飞行控制提供参数,而大气数据就是这众多飞行参数中极为重要的一支。传统的大气数据主要依托皮托管以及风标传感器,它们的安装配合要求相对较高,所采得的参数仍需大量运算校正。在这样的背景下,一种新型的大气数据系统——嵌入式大气数据系统应运而生。而它的实用性、使用精度即为本项目的研究目的。1设计思想1.1大气数据传统的大气数据传感系统是通过总压管和静压管来测量总压和静压,通过迎角传感器和侧滑角传感器来测量迎角和侧滑角。有了以上四个参数通过大气数据计算机就可以计算出其它的大气数据,如飞行高
8、度、高度偏差、升降速度、真实空速、指示空速、马赫数、
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