Научная статья на тему 'Микромеханическая система ориентации и стабилизации беспилотного летательного аппарата'

Микромеханическая система ориентации и стабилизации беспилотного летательного аппарата Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
197
49
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Глушков В.П., Левицкий А.А., Маринушкин П.С.

Рассмотрены вопросы разработки прототипа микромеханической системы ориентации и стабилизации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа. Описываются конструкция и принцип микромеханическая система ориентации и стабилизации беспилотного летательного аппарата, использующей микромеханические акселерометры и гироскопы. Представлены результаты исследования прототипа такой системы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Глушков В.П., Левицкий А.А., Маринушкин П.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MICROMECHANICAL ORIENTATION AND STABILIZATION SYSTEM FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE

This paper presents micromechanical orientation and stabilization system of an unmanned aerial vehicle. Working principles of micromechanical orientation and stabilization system and test results are concerned. This study shows that performance of micromechanical orientation and stabilization system is insufficient due to high level of MEMS sensors noise and additional Kalman filtering is required.

Текст научной работы на тему «Микромеханическая система ориентации и стабилизации беспилотного летательного аппарата»

Системы управления, космическая навигация и связь

Структурная схема лабораторной установки

Для упрощения конструкции лабораторной установки и работы на ней, вместо жидкости нами предложено использовать сжатый воздух, подаваемый от компрессора. В качестве регистрирующего устройства используется светолучевой осциллограф, позволяющий исследовать форму поступающих с выхода турбинного датчика расхода импульсов, их временные характеристики.

Предлагаемая схема организации лабораторного практикума по изучению турбинного датчика расхода может быть применена и для организации лабораторного практикума по изучению других измерителей-преобразователей,

что позволит студентам изучить назначение, конструкцию и принцип работы различных схем измерителей-преобразователей; научиться снимать статические и динамические характеристики измерителей-преобразователей; по полученным характеристикам разработать математические модели измерителей-преобразователей и на их основе выполнять компьютерное моделирование; оценить адекватность характеристик измерителей-преобразователей, полученных в процессе компьютерного моделирования, реальным характеристикам (адекватность математической модели).

D. A. Volkov, G. M. Grinberg, D. B. Gurkov, A. G. Strugovets Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

CASE STUDY ORGANIZATION «STUDYING THE PURPOSES, CONSTRUCTION AND OPERATION PRINCIPLE OF A TURBINE FLOW SENSOR»

A laboratory installation and technique to carry out laboratory work of the course «Information measurement systems aircraft devices» are considered by the project.

© Волков Д. А., Гринберг Г. М., Гурков Д. Б., Струговец А. Г., 2009

УДК 681.5

В. П. Глушков, А. А. Левицкий, П. С. Маринушкин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

МИКРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Рассмотрены вопросы разработки прототипа микромеханической системы ориентации и стабилизации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа. Описываются конструкция и принцип микромеханической системы ориентации и стабилизации беспилотного летательного аппарата, использующий микромеханические акселерометры и гироскопы. Представлены результаты исследования прототипа такой системы.

В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БЛА) играют все большую роль в различных областях гражданской деятельности для решения задач безопасности жизнедеятельности, обеспечения мониторинга промышленных, гражданских и природных объектов и др. Разработки в области создания БЛА различного назначения, проводятся в ведущих научных центрах и вузах различных стран (Stanford University, UCLA, Caltech), в том числе в России. Причем в последние годы все больший интерес во всем мире вы-

зывают беспилотные аппараты вертолетного типа, возможности которых (небольшое время, затрачиваемое на подготовку к запуску БЛА; малая визуальная и акустическая заметность; отсутствие жестких требований к стартовой площадке и транспортно-пусковой базе) делают их более пригодными, чем аппараты самолетного типа, для решения определенного класса задач.

Для выполнения беспилотным вертолетом полетных заданий необходимо устойчивое определение параметров состояния БЛА, при этом пара-

Решетневские чтения

метры пространственного положения имеют первостепенную важность.

Исследуемая система ориентации и стабилизации предназначена для применения в составе бортового оборудования БЛА вертолетного типа, построенного по четырехвинтовой схеме. Выходная информация выдается в цифровом виде по интерфейсу RS-232. Система (рис. 1) построена на базе микроконтроллера ATmega168 и содержит трехосный МЭМС - акселерометр MMA7260 (Freescale Semiconductors), три ортогонально установленных гироскопа LISY300AL (STMicro-electronics) и двухосевой магнитометр HM55B (Hitachi).

Рис. 1. Структурная схема макета инерциального измерительного блока системы ориентации и стабилизации БЛА вертолетного типа

От акселерометра на три канала десятиразрядного аналогово-цифрового преобразователя поступают аналоговые сигналы, пропорциональные ускорениям вдоль трех взаимно ортогональных осей. На цифровые входы микроконтроллера поступает информация от магнитометра и датчика давления. Микроконтроллер обрабатывает информацию от всех микромеханических гироскопов, акселерометра, магнитометра и датчика давления и выдает ее в последовательный канал обмена. Полученная информация используется для управления бесколлекторными двигателями несущих винтов БЛА.

Для работы с макетом системы ориентации и стабилизации разработано оригинальное 'т-

^■«^-приложение на языке С# (рис. 2). Информация от микроконтроллера поступает по последовательному интерфейсу на персональный компьютер и графически отображается с помощью графиков и виртуального прибора - авиагоризонта.

Рис. 2. Интерфейс приложения для работы с макетом системы стабилизации и ориентации

Полученные в ходе экспериментов с макетом системы ориентации и стабилизации результаты позволяют сделать следующие выводы.

Непосредственное использование выходных сигналов датчиков для определения ориентации и стабилизации БЛА не представляется возможным из-за высокого уровня шума акселерометра, дрейфа выходного сигнала гироскопов и искажения показаний магнитометра. Таким образом, дальнейшая работа по разработке микромеханической системы ориентации и стабилизации будет направлена на разработку алгоритма коррекции показаний датчиков. Реализация такого алгоритма возможна с помощью цифрового фильтра Калма-на. При этом основным датчиком навигационной информации будут гироскопы, а коррекция дрейфа выходного сигнала будет осуществляться по показаниям акселерометра и магнитометра.

V. P. Glushkov, A. A. Levitsky, P. S. Marinushkin Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

MICROMECHANICAL ORIENTATION AND STABILIZATION SYSTEM FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE

This paper presents micromechanical orientation and stabilization system of an unmanned aerial vehicle. Working principles of micromechanical orientation and stabilization system and test results are concerned. This study shows that performance of micromechanical orientation and stabilization system is insufficient due to high level of MEMS sensors noise and additional Kalman filtering is required.

© Глушков В. П., Левицкий А. А., Маринушкин П. С., 2009

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.