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1、航天控制Oct.200686AerospaceControlVol.24,No.5小型无人机自主飞行控制系统的实现陈天华郭培源北京工商大学信息工程学院,北京100037摘要介绍了5kg级小型无人机的结构原理,分析了无人机自主飞行控制系统的结构、功能、特点及控制原理,采用嵌入式系统、GPS、电子罗盘和红外传感器等设计了无人机的飞行姿态控制、导航控制、任务控制系统和弹射与伞降系统。大量飞行实践和比赛飞行表明,这种小型无人机可执行既定任务并具有良好的场地适应性和自主飞行性能。关键词无人机自主飞行空中机器人飞行控制中图分类号:TP319V
2、249.1文献标识码:A文章编号:1006-3242(2006)05-0086-05RealizationofAutonomousFlightControlSystemofMini-unmanedAerialVehiclesChenTianhuaGuoPeiyuanCollegeofInformationEngineering,BeijingTechnologyandBusinessUniversity,Beijing100037,ChinaAbstractThearchitectureandprincipleof5kgUAVis
3、introduced,andthestructure,function,char-acteristicandtheprincipleofcontrolsystemofUAVareanalyzed.Theflightattitudecontrol,navigationcontrol,missioncontrolsystem,launchsystemandlandingsystemaredesignedbyusingembedded-micro-computersystem,GPS,electroniccompassandinfrar
4、edsensor.Theflightexperimentsandflightcompeti-tionsshowthattheUAVcanperformamissionprescribedinadvance.Ithasgoodadaptabilityforcircum-stanceandcanflyautonomously.KeywordsUnmanedaerialvehiclesAutonomousflightAerialroboticsFlightcontrol[1]向小型化、智能化、隐身方向发展。目前,无人机1引言已经在通信、
5、气象、灾害监测等方面得到了广泛的应用。无人飞机又称为空中机器人,它诞生于20世纪50年代,随后世界范围内掀起了对无人机的研究热2飞行器总体结构潮,美国、欧洲、日本等国都针对这一领域投入了相当的人力、物力和财力。特别是进入21世纪以来,无人飞机整体结构包括无人机机身(固定翼飞无人机技术取得了很大的发展,并在一定程度上反行器)、机载电子设备(包括飞行姿态控制、导航控映了各国航空航天和智能控制领域的实力和水平。制系统、任务载荷控制等)及起降辅助系统等。对近年来,无人机技术日趋成熟,性能不断完善,逐步无人机一般有以下要求:首先,需要有足够
6、的载重能收稿日期:2006-04-11作者简介:陈天华(1967-),男,湖南长沙人,副教授,主要研究方向为智能信息处理及计算机控制技术;郭培源(1958-),男,北京人,教授,主要研究方向为嵌入式系统及光电子技术。第24卷第5期陈天华等:小型无人机自主飞行控制系统的实现87力,以保证控制设备、电池、动力系统和信息采集系构以及起降系统具备飞行所要求的动力学性能,完统的携带;其次,要求外形合理,以保证飞机飞行中全满足安全使用要求,充分保证了恶劣条件下无人的流畅和稳定性,并对各种气流影响有较好的适应机的起飞与降落,可满足多种天气条件下
7、飞行任务性与鲁棒性;第三,应具有有效空间大、有效载荷大、的执行。结构强度高、耐使用、耐损耗等特点。小型无人机体积小、重量轻,但飞行速度较快,3飞行控制系统功能与组成因此,要求无人机结构设计合理、控制系统性能稳定,并且有较好的调整能力,从而实现平稳飞行和稳飞行控制系统是无人机的重要组成部分,它担定控制。为满足飞行稳定准确的要求,无人机结构负着数据采集、控制律计算、航线控制、任务的执行上采用上单翼、上反角、大舵面、前置发动机;对滚转与管理、紧急情况处理、起飞降落等重要飞行任务,(Roll)、俯仰(Pitch)、偏航(Yaw)3个自由度
8、(简称因此,飞行控制系统的性能直接关系到无人机的应[2]PRY)设置控制面,实现精确控制,提升飞行品质;用范围及任务能否完成。飞行器设置水平尾翼(Elevator)、垂直尾翼(Rud-与常规飞行控制系统相比,小型飞行控制系统der)、副翼(Aile
