Sparkfun 9DOF AHRS 航姿参考系统设计手稿
优秀航空仪表设计案例

优秀航空仪表设计案例优秀航空仪表设计案例一、引言航空仪表设计是航空工业中至关重要的一环,它直接影响着飞行员在飞行过程中的操作和决策。
优秀的航空仪表设计能够提高飞行员的工作效率、降低错误率,并确保飞行安全。
本文将介绍一个具有代表性的优秀航空仪表设计案例,以展示其在实际应用中的价值和成果。
二、案例背景该案例是针对一家国际航空公司开发的新型客机的仪表设计。
这家航空公司致力于提供高品质的服务,并注重飞行安全和乘客体验。
为了满足公司的要求,设计团队决定进行一次全面的舱内仪表升级,并邀请了专业团队进行设计与开发。
三、需求分析在开始设计之前,设计团队首先进行了详细的需求分析。
他们与该航空公司的飞行员和机组人员进行了深入交流,了解到他们对于仪表功能和操作界面等方面有哪些期望和需求。
经过分析,设计团队总结出以下主要需求:1. 易于操作:飞行员在飞行过程中需要快速准确地获取各种关键信息,并进行相应的操作。
仪表设计应该简洁明了,操作界面应该直观易懂,避免复杂的操作流程。
2. 信息可视性:飞行员需要在各种环境条件下都能清晰地看到仪表上的信息。
仪表设计应考虑到不同的光照情况和视觉需求,确保信息显示清晰可见。
3. 人机交互体验:航空仪表是飞行员与飞机之间的重要接口,良好的人机交互体验能够提高工作效率和减少疲劳感。
仪表设计应注重人性化和用户友好性。
4. 故障诊断功能:在飞行过程中可能会出现各种故障情况,飞行员需要及时获得准确的故障诊断信息,并采取相应措施。
仪表设计应包含完善的故障诊断功能。
四、设计原则基于对需求分析的理解,设计团队制定了以下设计原则:1. 简洁明了:仪表界面应简洁明了,避免冗余和复杂的操作流程。
2. 信息可视性:仪表显示的信息应清晰可见,考虑到不同光照条件和视觉需求。
3. 人机交互体验:仪表界面应设计为人性化和用户友好的,提高操作效率和减少疲劳感。
4. 故障诊断功能:仪表设计应包含完善的故障诊断功能,及时提供准确的故障信息。
小型航姿参考系统设计

摘 要: 针对航姿测量的需求,提出了一种基于四元数扩展卡尔曼滤波的航姿参考系统( AHRS) 设计方
案。系统采用低成本微机电系统( MEMS) 三轴陀螺仪、加速度计和磁力计,利用基于四元数的扩展卡尔曼
滤波方法对传感器数据进行融合,得出三轴姿态角。为了仅根据磁偏力计数据进行正交化处理的方法。为了减小加速度计和磁力计测量误差,
1 四元数姿态测量原理 1. 1 四元数姿态微分方程
由机 体 坐 标 系 Sη ( 东 北 天 坐 标 系 ( east,north,up,
0引言 航姿参 考 系 统 ( attitude and heading reference system,
AHRS) 能够提供滚转角、俯仰角和偏航角信息,随着电子 产品智能化程度的提高,姿态测量越来越多应用到手机、消 费级飞行 器、智 能 家 电 等 领 域,基 于 微 机 电 系 统 ( microelectro-mechanical system,MEMS) 器件的低成本航姿参考系 统越来越受到重视[1]。
出三轴姿态角。 磁力计量测方程的表达形式有多种,可利用偏航角与
四元数的转换关系[3],可利用地磁场矢量的四元数转换关 系[4,5] ,前 者 需 要 进 行 三 角 函 数 及 求 导 运 算 ,运 算 量 大,后 者需要知道地磁场矢量的详细信息,往往难以获取。本文 提出一种利用加速度计对磁力计数据进行正交化处理的方 法,优化了磁力计数据处理过程。
由于 MEMS 器件性能的限制,低成本航姿参考系统通 常采用陀螺仪、加速度计和磁力计组合的方式,利用卡尔曼 滤波方法对传感器信息进行融合,得到相对更优的航姿测 量结果。四元 数 具 有 不 奇 异、运 算 量 小 等 特 点[2],常 用 于 捷联惯性导航的解算。本文利用基于四元数的扩展卡尔曼 滤波方法,对陀螺仪、加速度计和磁力计数据进行融合,得
基于MAEKF算法的航姿参考系统设计

基于MAEKF算法的航姿参考系统设计王丁伟;祖家奎;黄海【摘要】An attitude and heading reference system(AHRS)is designed which is composed of low cost MEMS gyroscopes,accelerometers and magnetometer and a multiplicative adaptive extended kalman filter algorithm(MAEKF)is proposed based on the gravity field and magnetic field constructed measurement vector.In order to correct attitude and heading data,the MAEKF algorithm selects quaternion error and bias of gyroscopes as state vector.Then,the accurate measurement method is adopted to provide the filterwith normalized constraint.Furthermore,this paper presents an innovation-based formula which is used to estimate measurement noise covariance matrix.Finally,simulation and flight-test show that the designed AHRS can provide accurate attitude and heading pared with traditional extended kalman filter(EKF),the MAEKF algorithm effectively improves the accuracy,stability and robustness of the system.%构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法.取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据.并采用准确量测法,给滤波器加入了四元数的归一化约束,最后给出了基于新息的估计量测噪声方差矩阵的公式.通过仿真和试飞验证,表明本文设计的低成本的航姿参考系统能够提供比较准确的航姿信息.与常规的扩展卡尔曼滤波器比较,本文设计的乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法有效提高了系统的精度和稳定性,并且具有较好的鲁棒性.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】7页(P319-325)【关键词】航姿参考;乘性扩展卡尔曼滤波;自适应;误差四元数【作者】王丁伟;祖家奎;黄海【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;中创航空技术有限公司,浙江嘉兴 314000【正文语种】中文【中图分类】TJ765航姿参考系统能够准确测量载体的空间姿态信息。
歌诗达赛琳娜号甲板图

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甲板11 处女座
甲板10 金牛座
甲板9 天秤座
甲板8 英仙座
甲板7 水瓶座
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慢跑廊
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双子座
猎户座 白羊座 仙后座 仙女座
船帆 飞马座 处女座 金牛座 天秤座 英仙座
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麦弗逊式独立悬架毕业设计【带图纸】[管理资料]
![麦弗逊式独立悬架毕业设计【带图纸】[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/6e951092ddccda38366bafad.png)
前言悬架是现代汽车的重要组成部分之一。
虽然并非汽车在行进必不可少的装备,但如果没有悬架,将极大的影响汽车的操纵稳定性和平顺性。
悬架对整车性能有着重要的影响。
在汽车市场竞争日益加剧的今天,人们对汽车的性能的认识更多的靠更为直接的感观感受,而非他们不太懂得的专业术语。
因此,对汽车操纵稳定性﹑平顺性的提升成为了各大汽车厂商的共识。
与此关系密切的悬架系统也被不断改进,主动半主动悬架等具有反馈的电控系统在高端车辆上的应用日趋广泛。
无论定位高端市场,还是普通家庭的经济型轿车,没有哪个厂家敢忽视悬架系统及其在整车中的作用。
这一切,都是因为悬架系统对乘员的主观感受密切联系。
悬架系统的优劣,乘员在车上可以马上感受到。
“木桶理论”,很多人都知道,整车就好比是个“大木桶”,悬架是它的一片木板。
虽然,没有悬架的汽车还是可以跑动的,但是坐在上面是很不舒服的。
坐过农用车货厢的人,对此应该是颇有些体会的,即便是较好的路况,在上面也是颠来颠去的。
因为它的悬架很简单,对平顺性和操纵稳定性考虑的很少。
只有当悬架这块木板得到足够重视,才能使整车性能得以提升。
否则,只能是句空话。
正因为悬架在现代汽车上的重要重要作用,应该重视汽车悬架的设计。
只有认真,严谨的设计才能确保其与整车的完美匹配。
而要做到这一点,就必须,查阅大量相关书籍,图册,行业和国家标准。
这些是对我们这些将来要从事汽车设计,制造工作的工科出身的大学毕业生的必须经历的一个必不可少的训练。
没有经过严格的训练的洗礼,是不可能具备这种专业精神和素质的。
目录前言 (1)第一章悬架的功用 (3)第二章悬架系统的组成 (6)第三章悬架的类型及特点 (7)§ (8)§ (10)第四章匹配车型的选择 (13)第五章悬架主要参数的确定 (15)§f.......................................................................................... 错误!未定义书签。
飞行器设计课程设计报告

飞行器设计课程设计报告襟翼的常见结构襟翼主要分为前缘襟翼和后缘襟翼,前缘襟翼主要用于起降和大机动飞行的前缘机动襟翼。
常用的后缘襟翼有简单襟翼、单缝襟翼、双缝襟翼、三缝襟翼、富勒襟翼和吹气襟翼等。
襟翼结构主要有单梁、双梁和三梁与小间距多肋组合的结构,这种结构抗声疲劳能力强,被广泛应用。
襟翼载荷分析和建模——弯矩和剪力分析襟翼相当于机翼后缘的一个多支点梁。
作为机翼的一部分,它同样承受着剪力、弯矩和扭矩。
真实的襟翼上载荷是相当复杂的,在此不妨作如下简化:认为弯矩和剪力由襟翼主梁完全承担。
而扭矩则由襟翼截面闭室全部承担。
不妨把襟翼再进一步简化:认为它内部只有一根梁,那么:计算剪力和弯矩时,梁腹板将完全承担剪力部分,而上下缘条完全承担弯矩带来的正应力。
襟翼展长为3.6m ,合适的应该设置五个铰支点,在材料力学上来说就是有三度静不定,为了简化计算,本次采用三点铰支,将静不定度降为一度。
襟翼的运动方式为便于简便计算,选取固定铰链单缝襟翼作用在襟翼上的分布载荷现设单位面积气动载荷的峰值为p ,则气动分布载荷对整个襟翼的向上(z 轴负方向)的载荷为:})({0⎰⎰+⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-+=ab bb dx b a a px a p dx x b pZp ba 2+-= 又,p ba R R R Z z z z 2321+-=++= 现在可以从材料力学的观点出发,分析襟翼这根“多支点梁”的内力——剪力和弯矩。
这是个一度静不定的梁:解除B 约束,得到静定的相当系统。
根据B 挠度为零这个位移条件,我们可以求出R 1z 、R 2z 、R 3z 的值:23632213zz R q q l R -⎪⎭⎫ ⎝⎛+=()2126875.00625.1q q l R Z -=由0221=*-+=∑span Z R R FZ z Z有z z Z R R l q q R 322112--*⎪⎭⎫⎝⎛+=分析襟翼的内力,画出剪力弯矩图: 这些将是选择腹板厚度和缘条宽度的依据。
飞行器姿态测量系统设计

本系统采用 Cortex-M3 为内核的 STM32F103CBT6 单片机作为微控制器,由全球首 例整合 3 轴加速度计和 3 轴陀螺仪的运动处理组件作为惯性测量单元分别感应 x 轴、 y 轴、z 轴的角速度和重力加速度。论文分析了基于姿态四元数、一阶毕卡解法的捷 联惯导姿态确定方法、基于加速度计/陀螺仪的姿态确定方法,利用 Mahony 的互补 滤波函数对 MEMS 陀螺仪随机漂移误差进行了建模和补偿。
飞控设计文档
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四旋翼飞控系统设计文档第一章绪论1.1研究背景任何由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的飞行物,称为飞行器。
在大气层内飞行的飞行器称为航空器,如气球、滑翔机、飞艇、飞机、直升机等。
它们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行。
飞行器不仅广泛应用于军事,在民用领域的作用也在增加,机载GPS 和MEMS(Micro- Electro-Mechanical Systems)惯性传感器的飞行器甚至可以在没有人为控制的室外环境中飞行,也就是大家所熟知的无人机,。
因此国内外研究人员对飞行器进行了大量研究。
对飞行器的研究目前主要包括固定翼、旋翼及扑翼式三种,而我们所研究的四旋翼飞行器在布局形式上属于旋翼的一种,相对于别的旋翼式飞行器来说四旋翼飞行器结构紧凑,能产生更大的升力,而且不需要专门的反扭矩桨保持飞行器扭矩平衡。
四旋翼飞行器能够垂直起降,不需要滑跑就可以起飞和着陆,从而不需要专门的机场和跑道,降低了使用成本,可以分散配置,便于伪装,对敌进行突袭和侦察。
四旋翼飞行器能够自由悬停和垂直起降,结构简单,易于控制,这些优势决定了其具有广泛的应用领域,在民用,医疗,军事等领域都有着无限的潜力。
在民用领域,它可以进行航拍,以得到在地面难以测量和计算的数据;在医疗领域,四旋翼直升机可以进入普通地面机器人难以到达的地区进行搜救等活动,最大程度的避免人员财产损失;在军用方面,四旋翼直升机可以作为侦查使用,它飞行灵活,稳定,同时,若在四旋翼直升机上增加其他机械装置,则可以利用它完成更加复杂和重要的任务。
然而,作为一个MIMO 非线性系统,四旋翼飞行器输入变量与输出变量之间的耦合作用、时变非线性的动力学特征、系统本身的不确定性及外部的干扰等的引入,使得系统的控制问题变得十分复杂。
如何能够设计出有足够的飞行动力并且具有良好稳定性的控制系统,是四旋翼飞行器如今面临的主要问题,这也使得强大而又易于控制的发动机和控制飞行器协调工作的控制系统成为四旋翼飞行器设计的关键。
四旋翼无人飞行器姿态数据采集处理系统

四旋翼无人飞行器姿态数据采集处理系统江杰;朱君;岂伟楠【摘要】To point against the factors such as the noise of mechanical vibration which can influence the quadrotor UAV attitude, the acceleration sensor and the Kalman filter are used on acceleration sensor and gyroscope datas fusion. Comparing to average and median filtering algorithm, Kalman filtering algorithm can obtain reliable and stable attitude datas, so the quadrotor UAV can fly stably. In this paper attitude sensors and acquisition and processing system of the hardware structure and software realization are introduced. The Lab View graphical programming language environment is used to show quadrotor UAV attitude curve of posture, real-time data storage and playback and so on. The result shows that the algorithm reduce effectively the noise of mechanical vibration of vehicle attitude measuring influence, and improve the accuracy of attitude estimation, and achieved the desired goal.%针对机械振动等因素产生的噪声对加速度传感器测量姿态数据的影响,增加了陀螺仪并运用卡尔曼滤波对加速度传感器和陀螺仪的数据进行融合处理;与以往均值和中值等滤波姿态算法相比,采用卡尔曼滤波算法能够获得可靠、稳定的姿态数据,为四旋翼无人飞行器稳定飞行提供有效保障;介绍了姿态传感器和采集处理系统硬件结构及软件实现,运用图形化编程语言LabView实现对四旋翼无人飞行器实时姿态曲线显示、姿态数据存储、回放等功能;经测试,能有效的降低机械振动等噪声对飞行器姿态测量的影响,提高姿态数据估计的精度,达到了预期的目标.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2012(020)006【总页数】4页(P1703-1706)【关键词】卡尔曼滤波;数据采集;姿态传感器;LabView【作者】江杰;朱君;岂伟楠【作者单位】内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古自治区包头 014010;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古自治区包头 014010;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古自治区包头 014010【正文语种】中文【中图分类】TP274.20 引言四旋翼无人飞行器是是一种具有4个螺旋桨的飞行器并且4个螺旋桨呈十字形交叉结构[1],通过平衡4个旋翼产生的力来实现稳定盘旋和精确飞行的飞行器,其具有4个输入力和6个坐标输出的欠驱动动力学旋翼式直升机[2],从而可知该系统是能够准静态飞行(盘旋飞行和近距离盘旋飞行)的自主飞行器。
基于飞行阶段划分的飞机EICAS界面设计浅析

IT技术论坛
系统是一个无形的产品,最好的方法也就是用网络工具通过人 为来推广,能够给予它展示的空间。而如今,能够将信息传 递最快的,覆盖范围最广泛和具有实用性的工具就是社交软件 了,当下最为火热的社交工具就非微信莫属了。微信的出现使得 人们在日常的社交中有了许多新的乐趣,可以说是一种趋势。众 所周知,在微信中最典型的一个功能就是微信公众号,微信公众 号现在是众多企业推广自己的一个平台,在这里消费者可以了解 到企业所提供的服务,或者说某一个产品,使得消费者能够深入 地了解到企业和产品,一旦所提供的服务能够让消费者满意, 那么进行二次消费的客户必定会对公众号产生依懒,也是一种 营销工具,是作为4S店业务的一种渠道来
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图1 某型飞机飞行阶段划分
200ft 停车 50kn
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图2 某型飞机机组主告警界面布局
在显示页面中:①大气温度参数包括SAT、TAT、ISA显 示;②发动机主参数包括发动机扭矩(TRQ)、螺旋桨转速 (NP)、发动机排气温度(ITT)显示;③发动机辅助参数 包括高压转子转速(NH)、低压转子转速(NL)、燃油流 量(FF)、发动机滑油温度(OIL TEMP)、发动机滑油压力 (OIL PRESS)显示;④APU指示包括APU转速(RPM)、 APU排气温度(EGT)显示;⑤液压系统指示包括液压油量 (QTY)、液压压力(PRESS)显示;⑥压调系统参数包括座 舱高度(CABIN ALT)、座舱升降率(CABIN RATE)、座舱 压差(△P)显示;⑦起落架指示包括机轮位置指示信息;刹车 系统指示包括左右机轮刹车压力信息显示;⑧襟翼/缝翼指示包 括襟翼/缝翼状态显示;⑨调整片指示包括俯仰、横滚和偏航; 燃油系统指示包括燃油温度和燃油量信息显示。
基于场景的民用飞机健康管理可视化仿真研究与实现

基于场景的民用飞机健康管理可视化仿真研究与实现作者:陈铭杰池程芝刘博文胡飞张竞凯来源:《航空科学技术》2020年第07期摘要:为解决民用飞机健康管理典型任务需求与功能需求的可视化仿真难题,本文提出了一种基于场景的民用飞机健康管理可视化框架,在对系统工具软件STK及其在民机PHM方面特点介绍的基础上,通过节点设置、数据输入、计算显示、模型调用对框架进行了搭建,并对STK中的三维模型进行了优化处理,最后以某民航飞行为例,展示了将STK模块应用于民机PHM健康管理的实例,说明了基于STK的可视化仿真具有真实性强、效率高的优点,从时间、空间、健康管理等方面为民用飞机维护节点、任务过程、交互逻辑等的特性分析提供了有效参考。
关键词:PHM;民机健康管理;STK;三维建模;可视化仿真中图分类号:TP391.9文献标识码:ADOI:10.19452/j.issn1007-5453.2020.07.005随着微机电系统、信息处理技术以及人工智能等高新技术在航空电子设备中的广泛应用,传统的维修保障方法逐漸被淘汰。
作为民用飞机健康维护的最新技术之一,故障预测与健康管理(PHM)技术促进了民用设备维修模式的发展,消除了传统维修方法中维修不足和过度维修的缺点,降低了民用飞机的维修成本和故障风险,对民用飞机的安全性、可靠性、维修性、保障性、测试性和经济性具有重要意义[1]。
目前,PHM技术已得到欧美各国各行业和研究机构的充分认可、研究和推广。
在民用飞机健康管理方面,先进的健康管理系统已得到国外顶尖飞机制造商的广泛使用,如波音的飞机健康管理系统(AHM)、空客的飞机维修分析系统(AIRMAN)等[2]。
而国内PHM技术的相关研究仍处于初步探索阶段[3]。
随着民机PHM技术的发展,其健康管理系统要求在运营维护过程中,通过通信网络把机载健康管理系统、发动机机载管理系统、空地数据传输系统、地面监控系统等功能任务平台连成一个有机的综合系统,经过联合信息分发、多源信息融合、综合信息处理,及时了解民机健康信息、准确协调健康管理行动、执行民机的综合运营维护任务。
高精度移动小车载具位姿检测平台仿真设计
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高精度移动小车载具位姿检测平台仿真设计
占红武;丁信斌;胥芳
【期刊名称】《浙江工业大学学报》
【年(卷),期】2018(046)005
【摘要】高精度移动小车载具的定位机制和控制算法中,需要先对小车位姿进行高精度、实时的检测.为此设计了机器视觉位姿检测实验平台,选用高分辨率高帧率相机对小车进行实时拍照,通过面积法对相机光轴垂直度进行调节保证相机安装精度,选用世界坐标已知的X靶面作为标定板,采用改进的Harris算子提取图像亚像素级的特征角点.利用Matlab对相机进行标定和安装检测,得到世界坐标和图像坐标之间的映射关系和相机倾斜方向.实验结果表明:该实验平台可以达到预期的功能和精度需求,为后续小车位姿检测奠定了基础.
【总页数】6页(P564-569)
【作者】占红武;丁信斌;胥芳
【作者单位】浙江工业大学机械工程学院 ,浙江杭州 310014;浙江工业大学机械工程学院 ,浙江杭州 310014;浙江工业大学机械工程学院 ,浙江杭州 310014【正文语种】中文
【中图分类】TP242.6;TP391.7
【相关文献】
1.车载式太阳能集热器测试系统中移动平台运动控制设计 [J], 文淑容;吴晓鸿;周黎;郑维;何涛
2.模糊PID控制的车载平台高精度动态调平仿真研究 [J], 仕润霖;冯永保;李淑智;郭晓松
3.信息农业地面移动载具平台设计 [J], 张好鑫
4.动车组列控车载ATP设备仿真系统平台的设计与实现 [J], 王称意;卫世杰;王闯;王伟
5.四足仿生移动平台车载液压动力系统设计 [J], 蒋云峰;许威;姚其昌
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航姿参考系统AHRS

3DM-GX4-25 是一个高性能的微型航姿参考系统(AHRS),使用最先进MEMS 传感技术。
它联合使用一个三向加速度计、一个三向陀螺仪、一个三向磁力计、一个温度传感器、一个气压高度计和一个运算复杂的卡尔曼滤波器的内嵌双核微处理器。
从而为用户提供精确的静态和动态姿态估计值和惯性测量。
这些技术使得3DM-GX4-25成为同级别产品中体积最小和重量最轻的设备。
优点• 高性能陀螺仪∙ 噪声密度: 0.005°/sec/√Hz ∙ 漂移: 10°/hr∙ g 2 灵敏度: 0.003°/s/g 2 rms• 专用的运算微处理器,提供精确的位置、速度和姿态估值数据• 高速采样频率及多种数据输出方式 • -40 °C to +85 °C 工作环境温度 • 动态环境下高性能和高稳定性• 市场上最小,最轻的带自适应卡尔曼滤波器的微型航姿参考系统(AHRS)• SDK 软件开发包及开放通信协议,易于集成开发自主系统 应用在动态环境下为用户提供非常稳定和精确的导航和姿态数据 •无人机车导航• 平台稳定性和人工地平线 • 天线和相机指向 • 机车健康及使用状态监测 • 侦察, 监视,目标截获 • 机器人控制 • 人员追踪简介3DM-GX4-25微型航姿参考系统提供各种输出数据参量,从完全标定的惯性测量(加速度,角速度和磁场或角度增量和速度向量增量)到计算的定向估值(欧拉角--俯仰、滚动、偏转;旋转矩阵和四元素。
由于使用了复杂的自适应卡尔曼滤波器,运算的估值数据不会受到磁场和直线运动的干扰。
偏移追踪和传感器噪声模式可以让用户对自己的设备应用进行微调,从而达到更好的测量效果。
所有参量都经过温度补偿和数学运算再转换到正交坐标系统。
系统的架构设计已经充分消除了多种可能的误差源:如由于温度变化引起的增益和补偿误差;由于电源电压波动引起的灵敏度变化等因素。
陀螺仪漂移非常小,基于复杂的运算估值技术,3DM-GX4-25性能已经接近满足战术应用级别的要求。
飞行控制算法演示验证系统设计
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SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯飞行控制算法演示验证系统设计侯学晖(上海卡索航空科技有限公司上海201108)摘要:为了减少飞行控制算法的开发周期和费用,同时验证飞行控制的可行性,笔者设计了飞行控制算法演示验证系统。
该系统分模拟驾驶舱子系统和视景子系统,分别用于模拟驾驶舱内和舱外的飞行控制及显示,实现为飞控算法提供实验环境的目的,包括提供操纵信号、显示飞行数据及飞行场景的功能。
该系统可用于飞控算法仿真分析、算法调试、实验验证及算法演示等研发、推介全过程。
关键词:模拟驾驶舱视景飞行控制中图分类号:V233.7文献标识码:A文章编号:1672-3791(2022)06(b)-0007-03飞行控制算法一直是各种机型研制的关键问题,尤其在20世纪以后,随着其他航电产品的发展,飞行控制算法还关系其他各先进机载设备的研制,比如近地告警、空中防撞等设备,而这些算法的研制过程中试验成本过高,突发情况较大,耗费较大的人力、物力且不利于取得进展。
因此,一套逼真的演示验证环境就显得格外有价值,不仅可以节省时间和成本,而且能够保证试验人员的人身安全,还能够较为真实地模拟出飞行环境,进而成功验证更先进的算法。
1总体设计该系统主要包括模拟驾驶舱子系统和视景子系统,其中模拟驾驶舱子系统主要用于模拟真实的飞行操纵功能,给飞行控制算法提供操纵数据;视景子系统用于模拟飞行时通过驾驶舱看到的外界场景模拟,接收来自飞行控制算法的飞机状态数据[1]。
系统软硬件架构具体见图1。
2分系统设计2.1视景子系统设计视景子系统包括视景系统显示硬件、计算机及视景系统软件。
2.1.1视景系统显示硬件视景系统显示硬件采用14块55英寸的OLED 柔性拼接屏实现。
传统的电子屏幕相较于投影系统,优点是不需要密闭的暗室环境,缺点是直屏拼接沉浸感较差。
OLED 柔性拼接屏恰好弥补了以上缺点,兼顾了光线和沉浸感的需求。
一种民用飞机座舱显示控制设计方法
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一种民用飞机座舱显示控制设计方法
程静菲;孙军奎
【期刊名称】《科技资讯》
【年(卷),期】2024(22)3
【摘要】座舱显示与控制系统是飞机航空电子系统的重要组成部分。
航空电子系统的高速发展,对座舱显示系统的综合化、模块化和人机交互的要求越来越高。
这些人机交互通过多功能显示器上的画面显示和多功能窗口格式调用以及飞行员的控制器输入来实现。
对显示画面控制提供了一种有效的设计方法,通过综合模块化航电显示控制和综合显示单元显示控制对多功能显示器的画面的窗口分配,以及飞行员通过多功能控制器对主菜单和快捷菜单的选择,实现不同画面的切换和显示;并对显示内容的手动画面重构和显示器失效时自动画面重构提供相应的显示画面重构方法,以保证重要的显示画面和飞行员需要调用的显示画面始终可以在显示器上正常显示。
【总页数】5页(P4-8)
【作者】程静菲;孙军奎
【作者单位】中国航空无线电电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V19
【相关文献】
1.飞机座舱综合图形显示系统设计的一种新方法
2.一种时间统一控制显示系统的设计方法
3.民用飞机座舱显示与控制系统接口设计
4.一种显示控制器和二维图形处理器通过同一个内存控制器访问内存的架构设计方法
5.座舱显示控制界面组件化设计方法研究
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William Premerlani and Paul Bizard This is the first of a pair of papers on the theory and implementation of a direction-cosine-matrix (DCM) based inertial measurement unit for application in model planes and helicopters. Actually, at this point, it is still a draft, there is still a lot more work to be done. Several reviewers, especially Louis LeGrand and UFO-man, have made good suggestions on additions and revisions that we should make and prepared some figures that we have not included yet. We will eventually incorporate their suggestions, but it may take a long time to get there. In the meantime, we think there is an audience who can benefit from what we have so far. The motivation for DCM was to take the next step in stabilization and control functions from an inherently stable aircraft with elevator and rudder control, to an aerobatic aircraft with ailerons and elevator. One of the authors (Premerlani) built a two axes board several years ago, and developed rudimentary firmware to provide stabilization and return-to-launch (RTL) functions for a Gentle Lady sailplane. The firmware worked well enough, and the author came to rely on the RTL feature, but it never seemed to work as well as the author would like. In particular, satisfactory solutions to the following two issues were never found: • Mixing. It was recognized that in a banked turn, there were two problems arising from the bank angle. First, the yaw rotation of the aircraft around the turn generated a nuisance signal in the pitch gyro, because of the banking. Second, in order to make a level turn, the elevator needed some “up” deflection. The amount of deflection depends on the bank angle, which could not be directly measured. Both issues were opposite sides of the same coin. Acceleration. An accelerometer measures gravity minus acceleration. The acceleration is equal to the total of all of the aerodynamic forces (lift, thrust, drag, etc.) on the plane, plus the gravity force, divided by the mass. Therefore, the accelerometer measures the negative of the total of all of the aerodynamic forces. The measurement of gravity is what is needed to level the plane but that is not what you get out of an accelerometer during accelerated motion. Acceleration is a confounding variable. In particular, when the aircraft pitches up or down, for a short while it accelerates in such a way that the output of an accelerometer does not change. There is a similar effect that the NASA astronauts experience when they are in training planes. A ballistic path can produce zero net forces and therefore fool accelerometers temporarily. The combination of this issue and the previous one prevented really tight
The question was, how best to do that? Working together, we came to the same conclusion of Mahoney [1]. What is needed is a method that “fully respects the nonlinearity of the rotation group.” Paul and I decided that we should represent the rotation with a direction cosine matrix, that we could maintain the elements of the matrix using gyro, accelerometer, and GPS information, and that we could use the matrix for control and navigation. At a high level, here is how DCM works: 1. The gyros are used as ormation. We integrate the nonlinear differential kinematic equation that relates the time rate of change in the orientation of the aircraft to its rotation rate, and its present orientation. This is done at a high rate, (40 to 50 Hz) often enough to give the servos fresh information for each and every PWM pulse that is sent to the servos. DCM 2 Draft: 5/17/2009
2. Recognizing that numerical errors in the integration will gradually violate the orthogonality constraints that the DCM must satisfy, we make regular, small adjustments to the elements of the matrix to satisfy the constraints. 3. Recognizing that numerical errors, gyro drift, and gyro offset will gradually accumulate errors in the DCM elements, we use reference vectors to detect the errors, and a proportional plus integral (PI) negative feedback controller between the detected errors and the gyro inputs used in step 1, to dissipate the errors faster than they can build up. GPS is used to detect yaw error, accelerometers are used to detect pitch and roll. The process is shown schematically in Figure 1.
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DCM 1
Draft: 5/17/2009
pitch control, and this issue prevented the use of pitch stabilization during a hand launch. It was realized that part of the problem was not having a six degree of freedom inertial measurement unit (IMU), so it was decided to design a new board. The UAV DevBoard from SparkFun was the result. Coincidentally, one of us (Premerlani) decided he wanted to step up to an aircraft with ailerons, and found that he just did not have the needed flying skills. He crashed 5 times in one summer, and had to completely replace his plane 3 times. So, he decided to use his new board for stabilization, shown below, attached to his Goldberg Endurance with Velcro.