简易航模飞机自动滚转平衡控制系统

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1、实用标准简易航模飞机自动滚转平衡控制系统课题组成员：何明捷吴昊张宇航杜雷雨学院：电子与信息工程学院指导教师：李延泽高工一、课题研究目的1.验证航模滚转平衡自动控制的可行性；2.验证平衡控制系统的建立于稳定性收敛性；3.验证提高角速度传感芯片的信号的可靠性的方法的有效性；4.实验PID控制算法在航模飞机上应用的；5.为下一步研究飞行器自动控制系统，包括自动导航，图像与电子信息的侦查提供平台。二、课题背景目前飞机自动控制系统是飞机飞行系统的重要组成部分，由于气象条件的不稳定性，空气流速与方向一直处于不断变化之中，飞机姿态自动稳定系统有一定的发展。1914年，美国人斯派雷制成了电动陀螺稳定装置，成

2、为了自动驾驶仪的雏形。20世纪30年代，为减轻驾驶员长时间飞行的疲劳，开始使用三轴稳定的自动驾驶仪，用于保持飞机平直飞行。50年代，通过在自动驾驶仪中引入角速率信号的方法制成阻尼器或增稳系统，改善了飞机的稳定性，自动驾驶仪发展成飞行自动控制系统。50年代后期，又出现自适应自动驾驶仪，能随飞行器特性的变化而改变自身的结构和参数20世纪60年代实现了自动地形跟随系统，它能保持飞机处于50m-60m的高度上作地形跟随飞行。20世纪60年代到七十年代初，飞行器设计思想发生了根本的变化，出现了随空布局飞机（CCV-ControlConfigurationVehicle）主动控制技术的发展是以飞机电传控

3、制系统基础为基础的。目前，电传控制和主动控制已经在现代飞机研制中得到了广泛的应用，自动飞行控制系统都以是多数飞机普遍采用的关键系统。三、课题研究主要内容3.1总体设计本大学生创新性实验项目所设计制作的飞机从机翼到机身再到滚转平衡控制系统的电路板的设计以及程序的编写均为学生自己完成。飞机采用常规上单翼前三点式起落架布局，动力系统采用2冲程的OS55航模发动机。飞机相关参数如表1—表3：表1OS55发动机参数重量（克）转数（r.p.m）输出功率（ps）404+120=5242000-170001.75ps/16000r.p.m精彩文档实用标准表2飞机的主要性能参数油量续航时间螺旋桨直径螺旋桨螺距

4、最大后掠角360cc15-20min11.3英寸840°表3重量分布组成部分数量单个重量（克）总重量（克）动力系统(满油量)1860860机翼2300600机身1547547尾翼1154154小舵机619114起落架1202202接收机23570电池2125250伞降系统1218218总重量1379837983.2电子控制系统的设计与制作1.电源系统图1电源电路精彩文档实用标准一个LM7805稳压芯片提供5V的电压供应单片机和AD转换芯片；LM1117提供3.3V的电压，为enc-03传感器提供电源。C2、C6、C5、C4分别是104、103、102、101,这些电容作用是为了提高5V电压的

5、稳定性。C17、C16、C15分别是104、103、102，作用同上。2.传感器及型号放大电路图2传感器与运算放大传感器采用日本村田公司的enc-03MA角速度传感芯片。价格便宜，精度高，在控制领域被广泛的应用。表4enc-03MA传感器参数精彩文档实用标准由于enc-03的输出信号只有0.67mV，难以被AD转换芯片所识别，所以在enc-03后面用了一个由LM358组成的同向放大电路将信号放大11倍。0.67*11*99=0.729V,达到了AD转换芯片可以识别的范围。3.信号转换与MCU主控电路图3信号转换与MCU主控电路AD转换采用ADC0804并行AD转换芯片，转换与处理速度高，转换

6、时间小于100us，转换速度远远高于传感器芯片50Hz的采样速度，能够及时的将enc-03MA输出的模拟信号转换成单片机能识别的TTL电平。主控芯片采用AT89S52单片机，采用12Mhz的晶体振荡器。单片机通过产生PWM波来控制单片机。信号输出端采用TLP5-1光耦进行了隔离，来驱动舵机控制副翼的偏转。JP1是舵机的插头，插接控制飞机副翼的标准舵机。4.PCB电路板的设计精彩文档实用标准图4最终的PCB电路板3.3程序的调试1.开机自检本系统采用的传感器对温度非常的敏感，温漂比较严重。为了适应在不同的温度保证精确性，系统的中立点由每次开机时自动检测过程确定。电源打开后的0.5s内，系统会对

7、现在的传感器输出进行测定，并将其作为本次工作的中立点电压。这样虽然在不同温度下，传感器的中立点会变化，但是有了这个自检程序之后，程序能自己适应各种环境温度。2.卡尔曼滤波为了减少传感器误差对控制的影响，试验了标准的卡尔曼滤波程序，由于51单片机的处理速度有限，虽然矩阵的大小不大，但是依然在51上运行不了，放弃了卡尔曼滤波。各个矩阵的大小如下mf={3,3,(double*)f};/*状态转移矩阵*/mq={3