作战用固定翼无人机落地姿态平衡控制系统设计

０ 引 言
无人机具有不载人飞行、可远程遥控导航等特点，适用于 在恶劣环境中执行危险任务，具有广阔的军事前景［１］。作战 用 固定翼无人 机 可 实 现 倒 飞、侧 飞、前 飞 和 悬 停 等 多 种 飞 行 姿 态［２］。但在飞行过程中，常会受到电磁和风阻等干扰，因 此 对 固定翼无人机姿 态 平 衡 进 行 精 准 控 制 是 当 前 研 究 的 重 点 难 题［３］。目前针对 固 定 翼 无 人 机 姿 态 平 衡 控 制 已 有 些 许 研 究 成 果。基于视觉的固定翼无人机控制系统，通过提取无人机特征 点数量，安设传感器辅助无人机进行位置信息测量，融合三维 加速度 信 息 和 ＥＫＦ 方 法， 获 取 无 人 机 位 置 信 息， 选 用 ＲＩＳＥ 非线性控制器和 ＰＩＤ 完成作战用 固 定 翼 无 人 机 姿 态 平 衡 控 制。 该方法的鲁棒性较好，但不能满足姿态测量的需求［４］。基于 载 荷参数的无人机控制系统根据环境判断信息，通过参数编码， 将自定义的协议指令传送到硬件控制电路中，完成对无人的控 制，该方法可以准确确定无人机的地理位置，但不能在短时间 内调回平稳姿态［５］。为解决上述问题，提出一种作战用固定 翼
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计算 机 测 量 与 控 制 ．２０１８．２６（３） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
军事装备测控技术
Байду номын сангаас
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１８）０３ ００９０ ０４ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１８．０３．０２４ 中图分类号：Ｖ２４９．１ 文献标识码：Ａ
关键词：作战用；固定翼无人机；落地姿态；平衡控制；系统设计
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ＧｕｏＺｈａｎｊｕｎ，ＬｉｕＳｈｅｎｇｈａｎ，ＨａｏＫｕｎｋｕｎ
（ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＤｉｖｉｓｉｏｎｏｆＰｌａａＩｎｆａｎｔｒｙＡｃａｄｅｍｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０２２７，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆａｉｒｃｒａｆｔｌａｎｄｉｎｇａｔｔｉｔｕｄｅｂａｌａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｌａｒｇｅｒａｎｇｅｅｒｒｏｒ，ｔｈｅｌａｎｄ ｉｎｇａｔｔｉｔｕｄｅｂａｌａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｏｆｆｉｘｅｄｗｉｎｇｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅｆｏｒｃｏｍｂａｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＵｓｉｎｇＣＭＯＳａｎａｌｏｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒＡＤＧ５０８ ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｃｉｒｃｕｉｔ，ＡＤｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｌｏｃｋｒｅｓｅｔｃｉｒｃｕｉｔ，ｍｅｍｏｒｙ ｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｂｕｇｇｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＵＡＶｌａｎｄｉｎｇｐｏｓｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆ ｓｙｓｔｅｍｓｏｆｔｗａｒｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ，ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｂａｔｌａｎｄｉｎｇｐｏｓｔｕｒｅｂａｌａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｆｉｘｅｄｗｉｎｇｕａｖ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｆａｓｔｒｅｔｕｒｎｔｏｓｔｅａｄｙａｔｔｉｔｕｄｅ，ｆａｓｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒａｎｄｓｍａｌｌｈｅｉｇｈｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｆｕｌｌｙｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｏｍｂａｔｕｓｅ；ｆｉｘｅｄｗｉｎｇＵＡＶ；ｌａｎｄｉｎｇｐｏｓｔｕｒｅ；ｂａｌａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ
作战用固定翼无人机落地姿态平衡控制系统设计
郭展郡，刘晟含，郝坤坤
（中国人民解放军 陆军步兵学院 （石家庄校区），石家庄 ０５０２２７）
摘要：为解决当前控制系统存在对无人机落地高度测量误差大，落地各姿态角度大等问题，设计了作战用固定翼无人机落地姿态平 衡控制系统；选用 ＣＭＯＳ模拟多路复用器 ＡＤＧ５０８单芯片，对系统硬件电源电路、ＡＤ 转 换 电 路、 信 号 采 集 电 路、 时 钟 复 位 电 路、 存 储 扩展电路及调试与接口电路进行优化，通过测量无人机落地姿态，完成系统软件设计，结合硬件与软件部分，实现作战用固定翼无人机 落地姿态平衡控制系统的设计；实验结果表明，改进系统对无人机落地高度测量误差小，落地俯仰角、横滚角及偏航角小，具有较好的 平衡控制效果，充分满足姿态测量需求。
收稿日期：２０１７ １０ １９； 修回日期：２０１７ １１ １９。 作者 简 介：郭 展 郡 （１９９４ ），男，天 津 武 清 人，主 要 从 事 装 甲 步 兵 初 级指挥方向的研究。 刘晟含（１９９５ ），男，辽宁铁岭人，主 要 从 事 装 甲 步 兵 初 级 指 挥 方 向 的研究。 郝坤坤（１９９５ ），男，山西运城人，主 要 从 事 装 甲 步 兵 初 级 指 挥 方 向 的研究。
无人机落地姿 态 平 衡 控 制 系 统 设 计 方 法。 采 用 ＣＭＯＳ 模 拟 多 路复用器的 ＡＤＧ５０８ 单 芯 片， 对 硬 件 电 路 和 软 件 部 分 进 行 设 计，通过磁强计和加速度计对无人机落地姿态进行测量，完成 作战用固定翼无人机落地姿态的平衡控制。实验结果表明，该 系统满足姿态测量的需求、可在短时间内调回平稳姿态、误差 较低。