无人机飞行控制系统仿真研究

无人机的数学模型

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。可反复使用多次，广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜和电子干扰等。因此研究无人机控制系统的设计具有重要意义。要研究无人机动力学模型的姿态仿真，首先必须建立飞机的数学模型。在忽略机体震动和变形的条件下，飞机的运动可以看成包含六个自由度的刚体运动，其中包含绕三个轴的三种转动（滚动、俯仰与偏航）和沿三个轴的线运动。为了确切的描述飞机的运动状态，必须选择合适的坐标系。

1.1常用坐标系

1.1.1地面坐标系

地面坐标系是与地球固连的坐标系。原点A固定在地面的某点，铅垂轴向上为正，纵轴与横轴为水平面内互相垂直的两轴。见图1-1。

图1-1 地面坐标系

1.1.2机体坐标系

机体坐标系原点在机的重心上,纵轴在飞机对称平面内，平行于翼弦，指向机头

为正；立轴也在飞机对称平面内并垂直于，指向座舱盖为正；横轴与平面垂直，指向右翼为正，见图1-2。

图1-2 机体坐标系

1.1.3速度坐标系

速度坐标系原点也在飞机的重心上，但轴与飞机速度向量V重合；也在对称平面内并垂直于，指向座舱盖为正；垂直于平面，指向右翼为正，见图2-3。

图1-3 速度坐标系

1.2飞机的常用运动参数

飞机的运动参数就是完整地描述飞机在空中飞行所需要的变量，只要这些参数确定了，飞机的运动也就唯一地确定了。因此，飞机的运动参数也是飞机控制系统中的被控量。被控量包括俯仰角、滚转角、偏航角、仰角、侧滑角、航迹倾斜角，航迹偏转角；

同时利用副翼、方向舵、升降舵及油门杆来进行对飞机的控制。这些称为无人机飞控系统中的控制量。

1.3.1 无人机六自由度运动方程式的建立

基于飞机运动刚体性的假设，我们就可以推导出飞机的一般数学模型为一组非线性微分方程组。根据牛顿定律，其运动方程应由两部分组成:一部分是以牛顿第二定律(动力定律)为基础的动力学方程组，由此解得无人机相对于机体坐标系的角度向量和角速度向量;另一部分则是通过坐标变换关系得出的运动学方程组确定出无人机相对于地面坐标系的位置向量和速度向量。

根据牛顿第二定律F=ma可以列出无人机三轴力的动力学方程组：

按M dt H d =建立的力矩方程组为： xt yt zt zt yt xt M H H dt H d =???? ??-+ωω yt zt xt xt zt yt M H H dt H d =???? ??-+ωω

zt xt yt yt xt zt M H H dt H d =???

? ??-+ωω 通过坐标变换可以得出无人机的运动学方程组。根据无人机三个姿态角的关系： =???

??????

?zt yt xt ω

ωω

2.3.2 无人机六自由度全面运动方程式的简化处理

采用微扰动法对这些非线性的方程进行线性化。假定所有运动参数对某一稳定飞行状态的变化极其微小。

都是微量。它们的二次方及乘积可以略去不记。这些角度的正切与正弦

看成与这些角度的弧度数相等，而它们的余弦近似看成上。

因此，十二个一阶微分方程组可以化为:

关于各方程式是互相密切联系着的。由于这些方程式描述的运动是围绕飞机横侧方向(侧移、滚动和偏航)而进行的。因此这些方程描述的运动叫侧向运动。

其余的方程式，描述的运动是在通过飞机纵轴的平面(对称平面)内进行的，叫纵向运动。这样，我们就可以把无人机的运动方程分成纵向运动方程组和侧向运动方程组来讨论，从而给我们研究无人机的运动规律带来了极大的方便。

无人机运动方程的状态空间表达式

根据前面所介绍到的小扰动线性化方法，以无人机的恒速、定高、直线和无侧滑的飞行作为基准运动，即可得到无人机纵向与横侧向运动的线性化方程式，经适当整理后我们就可以得到其运动方程的状态空间表达式。己知状态方程的表达式为

，则对于纵向运动而言:

对于横侧向向运动而言:

于是，无人机纵向运动与横侧向运动的状态方程就分别如式(2.32)和式(2.33)

所示：

3控制系统理论基础

3.1引言

PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、以及可靠性高等特点，在实际的控制系统中得到了较为广泛的应用。但是随着工业生产的发展，控制系统变得越来越复杂，采用常规的PID控制技术已不能达到理想的控制效果。近年来，人们把智能控制与常规PID控制结合起来，形成所谓的智能PID控制。

3.2 常规PID控制

常规的PID控制由比例单元(P)、积分单元(1)和微分单元(D)三部分组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为:

式中K。为比例增益，T为积分时间常数，Tt为微分时间常数，U(t)为控制量!e(t)为被控量y(t)和设定值r(1)的偏差，e(t)= r (t)-Y (t).

比例、积分和微分对系统的性能分别产生不同的影响，其具体作用如下所示:

(1) 比例作用

PID 控制器的稳定性、超调量、响应速度等动态指标主要取决于比例系数的大

小,由小到大变化时，系统的响应速度加快;系统的超调量由没有到有，由小变大;对于系统的稳定性来说，总体的趋势是由强到弱。为了兼顾系统的稳定性和动态性能，应取合适的比例系数。

(2)积分作用

积分调节与系统的稳态精度密切相关，加入积分能消除系统的稳态误差，提高系统的跟踪精度，但过大的积分作用会造成系统的超调。同时积分的引入会给系统带来相角滞后，从而产生超调甚至，引起积分的饱和作用，不利于系统的响应品质。

(3)微分作用

微分调节的主要作用是克服大惯性时间常数的影响，引入微分相当子给系统引入一个动态阻尼，增大T,能够减小系统的超调量，但系统的调节时间会因此而变大。在复杂的实际环境中，山于环境噪声的污染，微分往往会放大系统的噪声，使得系统对抗干扰能力减弱。

从上述的分析可以看到，在PID参数的整定过程中，往往会遇到系统的稳定性和系统的稳态、动态性能之间的矛盾，最后只能在三者之间取一个折衷，很难满足高精度、高性能的要求。

3.3 PID控制器参数的常用整定方法

(2)临界比例度法

该方法适用于己知对象传函的场合。首先将调节系统中调节器置成比例状态，然后把比例度 (即的倒数)由大逐渐变小，直至出现等幅振荡,此时比例度称临界比例度

，相应的振荡周期称临界振荡周期，PID参数整定的经验公式如表3.2所示。采用临界比例度法时，系统需得到临界振荡的条件是系统必须是3阶或3阶以上的。

表3-2 临界比例度法PID参数整定表

3.3.2 衰减曲线整定法

该方法是根据衰减频率特性来整定PID控制器参数的。先将闭环系统中的调节器置于纯比例作用，从大到小逐渐调节比例度，加扰动做调节系统的实验直至出现4：1的衰减振荡，此时的比例度记为，振荡周期记为，其中为到的时间(如图3-1所示)，上升时间记为。具体得参数整定规则如表3-3所

图3-1 衰减响应曲线

表3-3衰减曲线法PID参数整定表

3无人机纵向系统的设计与仿真

3.1飞行控制系统结构分析

从硬件上来看，无人机的飞控系统是由飞控计算机、测定装置及伺服装置三部分组成的。

飞控计算机是整个无人机机载飞控系统的核心设备，它的主要功能是根据输入的传感器信息、存储的相关状态和数据以及无线电测控终端发过来的上行遥控指令与数据，经判断、运算和处理之后，输出指令给伺服执行机构。

测定装置则主要负责测量无人机相关的状态信息，一般无人机的测量装置包括三轴向角速度陀螺、垂直陀螺、磁航向传感器、气压高度和高度差传感器、真实空速传感器、攻角和偏航角传感器、发动机转速传感器等。

伺服系统是以舵机为执行元件的随动系统，它是影响飞控系统带宽的主要环节。

3.2飞控系统设计的基本思路

一般来说，无人机的飞控系统通常包括俯仰、航向和横滚三个控制通道，每个通道都由一个控制面来控制。由于在横滚和航向通道之间常常存在着一定的交联，这就要求我们在设计飞控系统时一般需要考虑各通道间的独立性和关联性。

为了便于飞控系统的设计，我们根据无人机沿纵向平面的对称性，通常可以将飞行控制在一定条件下分为相对独立的纵向控制通道和横侧向控制通道。其中，纵向控制通道可以稳定与控制无人机的俯仰角、高度、速度等;横侧向控制通道可以稳定与控制无人机的航向角、滚转角和偏航距离等。

作为整个飞控系统的核心，飞行控制律选取和设计的好坏往往会直接影响到整个飞控系统的性能。考虑到控制角运动是控制轨迹运动的基础，我们在具体设计飞行控制律时也应该先从控制角运动入手，首先保证角运动控制回路的性能，然后在此基础上进行轨迹运动控制回路的设计。

针对纵向系统，首先研究无人机俯仰姿态控制律的设计，然后再研究其高度保持控制律的设计问题。

3.2俯仰姿态保持控制律的设计与仿真

3.2.1俯仰角控制率的设计

（1）控制结构

整个俯仰角控制系统的原理结构如图所示。从图中我们可以看到，整个控制系统是由外回路（俯仰角反馈回路）和内回路（俯仰角速率反馈回路）构成的。其中内回路中的俯仰角速率信号由俯仰角速率陀螺提供；外回路中的俯仰角信号由垂直陀螺提供。内回路中的俯仰角速率反馈的引入相当于改变了无人机的纵向阻尼导数，增加了特德纵向阻尼，从而使其短周期模态的阻尼特性得到了改善；外回路则构成了俯仰角稳定回路，可以改善无人机长周期模态的阻尼特性。

通常，我们还在需要加入俯仰速率先付以限制过载；在俯仰角指令入口处，要加上俯仰角限幅；如引入俯仰角加速度的话，还可以达到提高系统稳定性的目的。

图4-1 俯仰角控制系统原理结构框图

图中，在阻尼回路中还包括了一个洗出网络，如果没有这个洗出网络，当操纵飞机做稳态拉齐的机动飞行时，阻尼器输出的稳态就会成为阻碍因素，而使这种机动飞机难以完成。洗出网络的作用就是在飞机稳态拉起时或等高盘旋时（因此存在一个稳态

的分量），阻尼器信号除掉。

这样，整个无人机俯仰角控制系统控制律的结构就如图.42所示。图中，为给

定的指令信号，为垂直陀螺所测得的俯仰角信号，为俯仰角速率陀螺所测得的俯仰角速率信号信。因此，其控制律可以表示成:

(4-2)

当我们采用常规PID,控制结构时

(4-3)

4-2 控制角控制系统控制律结构图

在实际工程中，微分环节通常用一个高通滤波器来实现，我们通过选择适当的值，就可以获得相应的相位超前信号。从频率特性来看，高通网络是一个阻低频通

高频的网络，同时它也是一个能提供相位超前的网络，因此，我们就可以把高通滤波器看成是一个微分网络。其中的值越大，相位超前也就越大，我们所获得的信号也就越近似于微分信号。我们在后面的无人机纵向飞行控制律的仿真中，一律取。

另外，积分环节也可以根据其定义在软件中计算实现，其中，可在

软件中根据CPU的计算频率得到。由于积分是一个连续累加的过程，所以信号的积分值可能会达到一个很大的值，这会给系统带来意想不到的结果。由于执行机构受限，当积分值大到一定程度，使执行机构达到最大位置后，执行机构就不再变化了，而是一直停留在当前的位置，即使系统输出一直在变化，这样反馈通道就被破坏了。另一方面，当被积信号开始减小时，如果积分值很大的话，则需要花很长时间才能使其降到正常值，我们一般把这种现象称之为积分饱和。通常有两种方法可以有效的避免这种现象的发生:一种方法是当执行机构达到最大位置时积分停止，不再继续累加;另一个可行的方法是限制积分的累加，当积分值达到某一个值时就恒等于当前值，即所谓的积分限幅。因此，当我们采用常规PID控制策略时尤其要注意采取必要的措施防止积分饱和现象的发生。

(2)控制律参数的选取

本章中，无人机的纵向运动都是通过升降舵来完成自动控制的，因此，我们可以将其纵向运动的自动控制系统看成是一个单通道，这样就便于我们运用相关经典控制的理论对系统进行分析和设计。

对于无人机的俯仰角控制系统而言，其控制律参数的选取包括两部分:第一部分是阻尼回路(即内回路)反馈增益的确定:第二部分便是俯仰角控制回路(即外回路)中PID 参数的确定。一般来讲，选择这些参数主要有两种方法:第一种方法是综合考虑所有回路中的参数，一次选定;另一种方法则是从最内层开始分部选取。本文中，我们将采用后一种方法,即先设计阻尼回路，确定参数，然后以此为基础设计姿态角控制回路，进而确定PID参数的值。

下面，我们以某无人机在高高空某一状态点E(H=17194m，V=0.719Ma)为例，说明无人机俯仰角控制系统控制器参数的选取过程。已知该无人机在E点处的状态方程和输出方程可表示: ，式中

（4-4）因此，并且有。于是，我们可以得到

（4-5）从上式中我们可以看到，系统的特征方程中包含有一个正根。可见，为了增加该无人机的机动性，飞机的设计者将其设计成了静不稳定的，因此必须加入飞行自动控制系统才能保证飞机的稳定飞行。另外，我们还可以看到，该无人机的自然频率为2.54，阻尼比仅为0.14，可见，飞机自身的阻尼是很弱的。从这一个方面我们就可以看出，针对该高空弱阻尼无人机而言，加入角速率反馈回路是必须的。图4.3给出了无人机在高高空E点处俯仰角控制系统PID控制结构图。

图4-3 俯仰角控制系统PID控制结构图（高高空E点）

图中，表示升降舵回路传递函数，表示升降舵通道的洗出网络。根据上图，我们就可以利用MATLAB提供的rlocus函数根据系统阻尼回路的开环传函画出其根轨迹图。其中根轨迹增益即为我们所要确定的阻尼回路参数。

图4.4无人机俯仰角速率回路根轨迹图(高高空E点)

由图可知，一开始随着的增大，阻尼回路中的一对共扼复根的振荡阻尼得到了明显的改善，当增加到0.6时(即图中黑色小方块所在位置)振荡根的阻尼比达到最大值0.802。此后，随着的增加，阻尼比开始减小，自然频率增高，最终将导致系统品质显著恶化。通过对根轨迹的分析，我们可以知道，并非越大阻尼效果就越显著，只有当在某一范围内时，这一条件才会成立。为此，我们选取，此时共轭复根所对应的阻尼比为0.696，超调为4.77%，自然频率为3.49rad/s.从而可以很好的改善无人机短周期运动的阻尼。至此，无人机阻尼回路的参数设计完毕。。

4.2.2俯仰角控制律的仿真

在本文中，所有关于飞行控制律的仿真均在MATLAB7.6平台下完成。图4.6即为无人机基于PID控制的俯仰角控制系统的simulink仿真框图。值得注意的是，图中的PID模块并非MATLAB提供的原始模块，我们已经把该原始模块所封装的子系统作了一些变动:当采用PID控制策略进行仿真时，图中PID模块所封装的子系统即为经典的PID 模块，为了使仿真更接近工程实际，我们以一个超前网络模块，s/(0.1s+1)来代替原有的纯微分模块；

另外，仿真框图中无人机纵向线性化模型的C和D矩阵与4.2.1节所定义的一致，至于不同状态点处A和B矩阵的具体值将全部在附录C中给出。

在整个俯仰角控制律仿真过程中，升降舵回路传递函数用惯性环节表示，升

降舵通道的洗出网络用高通滤波器表示，升降舵面限幅为，输入的俯仰角指

令阶跃信号为。

图4.6 基于PID的俯仰角控制系统仿真框图

在上一章中，我们已经介绍了一些常用的PID参数整定法，这些方法(尤其是经验公式法)对于无人机这样的被控对象而言虽然不一定会很有效，但可以作为我们选取PID 参数的一个依据。本文采用衰减曲线法，具体步骤如下：

1)置调节积分时间为最大值。微分时间为零，比例系数为较小值并投入运行。

2)待系统稳定后，做设定值阶跃扰动，并观察系统响应。如图所示当的衰减振荡过程。振荡周期=1.25.

图4-7 K=3.4时的系统阶跃响应

3)根据利用表3-3给出的衰减曲线法整定计算公式，求

图4-8 PID下俯仰角阶跃响应（E点）

从图中可知，其超调量，调节时间5.5。

下面，我们通过MATLAB来仿真验证一下所设计的控制系统是否能保证足够的相角裕度和幅值裕度。通过MATLAB所提供的margin函数，我们可以画出标有幅值裕度和相角裕度的波特图（图4-5所示）。

图4-9 基于PID的俯仰角控制系统波特图（高高空E点）

由图可知，在该组PID参数之下俯仰角控制系统在高高空E点的相角裕度为，幅值裕度为6.33dB>6dB显然满足要求。

对于阶跃响应信号而言，我们在这里还有两点需要补充说明一下:

(l)为了便于对仿真结果进行统一的比较，对于本文中所有角控制系统的仿真而言

一律将阶跃指令信号设为。

(2)由于无人机的线性化模型是建立在小扰动线性化方法基础上的，因此对于大角度的阶跃响应而言，我们应该采用原始的非线性模型进行仿真。

根据表4-1，我们分别针对中空和高空域内的基准状态点A和C设计了PID控制器。然后将所设计好的控制器分别用于A点附近的B点，C点附近的D点，E点附近的F点。全部仿真结果分别如下所示:

图4-10 PID下俯仰角阶跃响应（A点）

图4-10 PID下俯仰角阶跃响应（B点）

图4-10 PID下俯仰角阶跃响应（C点）

图 4-10 PID下俯仰角阶跃响应（D点）

图4-10 PID下俯仰角阶跃响应（F点）

4.3高度保持/控制模态控制律的设计与仿真

高度控制属于飞机的重心控制，在飞机的编队飞行、执行轰炸任务、远距离巡航及进场着陆时的初始阶段等都要保持高度的稳定。

无人机的高度保持与控制是不能仅靠其俯仰角的稳定与控制来完成的。当飞机受到纵向常值干扰力矩时，硬反馈式角稳定系统存在着俯仰角及航迹倾斜角静差，角稳定系统虽能保持飞行器在垂风气流作用下的俯仰角稳定，但几秒钟后飞行速度向量将偏离原方向，产生高度漂移。另外，在俯仰角稳定的动态过程中，如果航迹倾斜角变化量平均值不为零，也会引起飞行高度的改变。所以高度保持系统需要有测量相对于给定高度偏差的测量装置—高度差传感器，如气压高度表、无线电高度表和大气数据传感器等。将高度偏差信号输入俯仰角控制系统，控制飞机的姿态，改变飞机的航迹倾斜角，控制飞机的升降，_自至高度差为零，使飞机回到预定高度。

原则上讲，可以通过控制升降舵或控制发动机推力的大小来控制飞行高度。但借助于控制推力来控制飞行高度不很有效，因推力改变使飞行速度改变后，飞行高度才开始变化。由于惯性的作用，飞行速度的变化是缓慢的，故高度变化的过渡过程也是缓慢的。因此，我们在这里只讨论利用升降舵来控制高度的高度控制系统的设计。

4.3.1控制结构与控制策略

飞行高度控制系统是在飞机纵向姿态控制系统的基础上再加上高度控制敏感元件构成的。我们在设计高度控制系统时通常不再改变已设计好的姿态控制系统。当需要单独对飞机的姿态角进行保持和控制时，我们只须简单的将高度差测量装置断开即可，从而使得飞行状态的转换非常方便。

图4.19即为无人机高度控制系统原理框图。图中，作为内回路的俯仰角反馈系统对于高度保持系统起了很好的阻尼作用，可以在一定程度上减小系统的振荡，增加稳定性。为了进一步增加系统长周期运动的阻尼，我们还应引入高度微分信号的反馈。

图4-11 高度控制系统原理框图

这样，整个无人机俯高度控制系统的控制律的结构就如图4-12所示。图中，

为给定的高度偏差指令，

为高度传感器所测得的高度偏差信号。另外，俯仰内回 路中各符号的具体含义均与上一节中的一致，这里不再赘述。

图4-12 高度控制系统控制律结构图

对于高度控制回路而言，高度偏差信号和高度变化率的反馈，可以满足在一个飞行状态高度阶跃响应的要求，然而考虑到无人机在整个包线范围内不同的平衡状态变化，我们还需要加一个积分环节，以保证无人机的无静差飞行。这样，无人机高度控制系统的控制律就可以表示成:

当我们采用常规PID 控制结构时: 这里，我们还要特别强调一点，在高度控制系统中，相对于给定高俯仰角的偏离信号反馈是至关重要的。若控制中没有俯仰角的偏离信号，则在高度稳定过程中舵总是向上偏转，导致升力增量总为正，轨迹总是向上弯曲。当无人机到达给定高度时，由于速度向量不在水平位置而超越给定高度，出现正的高度差，到了这时舵机向下偏转，这样就不可避免地出现在给定高度线上的振荡运动。当引入俯仰角偏离信号后，无人机在未达到给定高度时就提前收回舵面，减小了它的上升率，从而对高度的振荡起了一定的阻尼作用。

在实际系统中，我们通常还需要加入俯仰角指令限幅器。另外，在实际测量高度差信号时，高度传感器存在着大气干扰或地形干扰。这些干扰对伺服回路的工作状态有着恶劣的影响。因此我们有必要在高度控制回路中设置高度滤波器。

最后，我们要特别说明的一点是，当无人机在作纵向机动飞行时，应该把定高系统断开，否则会影响到它的纵向机动能力。

4.3.2控制律的设计与仿真

在设计基于PIO控制的无人机高度控制系统时，我们通常只需保持原来所设计的俯仰姿态回路不变，然后在此基础上设计基于PID控制的高度保持/控制外回路就可以了。无人机基于PID控制的高度控制系统的Simulink仿真框图如图4.21所示:(己知输入的高度指令阶跃信号为50m)

图4-13 基于PID的高度控制系统仿真框图

如前文所述，我们仍以中空和高空域中的状态点A和C作为基准状态点，分别设计了基于常规PID和智能PID的高度控制器。然后将所设计好的控制器分别用于A点附近的B点和C点附近的D点。全部仿真结果分别如下所示:

图4-14 PID控制下高度阶跃响应（A点）

图4-15 PID控制下高度阶跃响应（B点）

图4-16 PID控制下高度阶跃响应（C点）

飞行器控制系统设计

课程设计任务书 学生姓名： 李攀 专业班级： 自动化0804 指导教师： 谭思云 工作单位： 自动化学院 题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件： 飞行器控制系统的开环传递函数为： ) 2.361(4000)(+= s s K s G 控制系统性能指标为调节时间s 008.0≤，单位斜坡输入的稳态误差000443.0≤，相角裕度大于85度。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） （1） 设计一个控制器，使系统满足上述性能指标； （2） 画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图； （3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标； （4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： （1） 课程设计任务书的布置，讲解 （一天） （2） 根据任务书的要求进行设计构思。（一天） （3） 熟悉MATLAB 中的相关工具（一天） （4） 系统设计与仿真分析。（四天） （5） 撰写说明书。 （两天） （6） 课程设计答辩（一天） 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

摘要 根据被控对象及给定的技术指标要求，设计自动控制系统，既要保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还有考虑方案的可靠性和经济性。本说明书介绍了在给定的技术指标下，对飞行器控制系统的设计。为了达到给定要求，主要采用了串联之后—超前校正。 在对系统进行校正的时候，采用了基于波特图的串联之后—超前校正，对系统校正前后的性能作了分析和比较，并用MATLAB进行了绘图和仿真。对已校正系统的高频特性有要求时，采用频域法校正较其他方法更为方便。 关键词：飞行器控制系统校正 MATLAB

轻小型民用无人机系统运行管理暂行规定(修改20151206)

中国民用航空局飞行标准司 编号：AC-91-FS-2015-XX 咨询通告下发日期：2015年12月XX日 编制部门：FS

目录 1.目的 (3) 2.适用范围及分类 (3) 3.定义 (4) 4.民用无人机机长的职责和权限 (7) 5.民用无人机驾驶员 (8) 6.民用无人机使用说明书 (8) 7.禁止粗心或鲁莽的操作 (8) 8.摄入酒精和药物的限制 (9) 9.飞行前准备 (9) 10.限制区域 (9) 11.视距内运行（VLOS） (10) 12.视距外运行（BVLOS） (10) 13.民用无人机运行的仪表、设备和标识要求 (11) 14.管理方式 (11) 15.无人机云提供商须具备的条件 (13) 16.植保无人机运行要求 (14) 17.无人飞艇运行要求 (16) 18.废止和生效 (16)

1.目的 近年来，民用无人机的生产和应用在国内外蓬勃发展，特别是低空、慢速、轻小型无人机数量快速增加,占到民用无人机的绝大多数。为了规范轻小型民用无人机的运行，依据CCAR-91部，发布本咨询通告。 2.适用范围及分类 本咨询通告适用于轻小型民用无人机运行管理。其涵盖范围包括： 2.1空机重量小于等于116千克、起飞全重不大于150千克的无人机，且动能不大于95千焦，校正空速不超过100千米每小时； 2.2起飞全重不超过5700千克，距受药面高度不超过15米的植保类无人机； 2.3充气体积在4600立方米以下的无人飞艇； 2.4本咨询通告适用于除I类以外的所有轻小型无人机，某些特定条款中仅适用于特定类别无人机的内容将在条款中另行说明。 2.5 轻小型无人机运行管理分类：

无人机管控现状总结及建议

无人机管控现状总结及 建议 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

无人机管控现状全国空中交通管制二十四个分区：空军二十（4+4+3+4+5），海军四个。 五个战区、一个海军： 1、北部战区：长春、沈阳、大连、济南； 2、中部战区：北京、大同、西安、武汉； 3、南部战区：广州、南宁、昆明； 4、东部战区：上海、南京、福州、漳州； 5、西部战区：成都、乌鲁木齐、拉萨、兰州、鼎新； 6、海军：海口、宁波、山海关、青岛。 截至八月初，不完全统计，目前，四川、重庆、福建、云南、北京、天津、河北、新疆、广东、吉林、江苏、陕西等12个省市区陆续出台无人机相关的禁飞、限飞命令或通告；另外有深圳、石家庄、月牙泉、武汉、黄山、大连、柳州、扬州泰州、桂林、泉州、东莞、齐齐哈尔、无锡等十余个城市也在行者区域内禁限飞，或者在机场周边划出了大面积的净空保护区。 对于无人机申报管理有相当完善的政策与登记系统的省市区有： 香港特别行政区、澳门特别行政区； 有具体政策出台，各相关部门分工明确的省市区有： 江苏省、广东省、江西省、重庆市、四川省、陕西省和黑龙江省； 通过多方面咨询能了解大概流程，但没有明确政策，各部门没有明确分工的省市区有：北京市、天津市、上海市、浙江省、河南省、河北省、吉林省、宁夏回族自治区、辽宁省、甘肃省、山东省、安徽省、福建省、广西壮族自治区、海南省、湖北省、内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、贵州省和西藏自治区；

暂时没有相关管理规定或无从得知相关信息的省市区有： 湖南省、青海省、台湾省、云南省和山西省。 全国 2017年1月至6月，全国发生了10余起航班备降或返航，影响旅客万余人。深圳、南京尤甚。 ●全国首批155个民航机场的禁飞区确立。 ●国家民航局发布《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》。 6月1日 起，对质量在250克以上的无人机实施注册登记。（基本上是个能飞的就比这个重吧微笑脸） 由于相关规定各省比较类似，仅列举几个出台明确规定的（仅摘录不是全部）。 6月陕西（中部战区） ●在陕西省范围内开展无人驾驶航空器飞行活动，应当飞行前一天15时前向 94188部队航空管制部门或民航空中管制部门提出申请，经批准后方可实施。 ●飞行计划申请单位（个人）应在组织飞行前2小时向申报飞行计划的航空管 制部门提出联系放飞事宜、经批准后方可组织飞行。组织飞行的单位（个人）要将航空器的起飞、降落时刻及时通报航管部门。 ●无人驾驶航空器飞行的计划申请内容包括：单位、航空器型号、架数、使用 的机场或临时起降点、任务性质、飞行区域、飞行高度、飞行日期、预计开始和结束时刻及现场人员联系方式等。 ●针对违规飞行行为将依照《中华人民共和国民用航空法》、《中华人民共和

多轴运动控制器在转台控制系统中的应用

随着自动控制理论和数字计算机及其应用技术的不断发展，以计算机为基础的控制技术迅猛发展，被控对象规模更大,控制过程和规律也更加复杂和精密，控制方法也更加灵活多样[1]。在转台的控制系统中，除了用来产生输入信号的仿真机之外，计算机还扮演了控制器的角色。根据控制器的不同形式，计算机控制系统分为集中式、分布式、集散式三种类型，其中集散式控制器又分为PC机与单片机、PC机与PC机、PC机与嵌入式控制器三种形式。转台运动控制系统是转台设计中最为关键的部分，本课题中选用PC机与嵌入式控制器的形式，其中PC机采用性能稳定的IPC（工控机），嵌入式控制器选用美国DeltaTau公司的可编程多轴控制器PMAC，即IPC+PMAC。 1转台的基本结构与组成 由于各种民用、军用飞行器技术的快速发展，当今世界各国都十分重视半实物仿真技术的研究和应用，而三轴转台是半实物仿真的重要设备之一[2]。通常，三轴转台提供模拟飞行器飞行姿态角和为被试件提供测试条件的功能，以便验证全数字仿真的实验结果并进一步优化或改良飞行器设计方案。转台负载放在内框之上，由平板固定，内框、中框和外框均可绕其轴向做360°旋转运动，可以模拟飞行器的3个自由度的横滚、俯仰和航向运动。三轴转台由控制部分和机械部分组成，转台的控制部分由一个控制柜和一台IPC组成，转台机械结构由框架结构、动力源、支承结构、驱动方式、轴系结构、配重方式等组成。本课题中的转台采用UOO结构，外框架采用音叉形式(U型)，其结构简单，转动惯量小，并可相应缩小转台总体尺寸；中框架和内框架采用封闭框形式(O型)，易于实现整圈旋转。转台的3个轴系均采用精密机械轴承支撑，直流无刷电机驱动，运用海德汉增量式编码器进行速度、位置反馈，并在每轴运用滑环进行导线转接，可使框体做无限旋转运动。 2PMAC控制器简介 PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)是美国Delta -Tau公司生产的系列运动控制器。使用Motorola的DSP56000系列芯片作为CPU，最多可实现8轴的伺服控 多轴运动控制器在转台控制系统中的应用 王海涌，张为玮,王卫 （北京航空航天大学宇航学院，北京100083） 摘要：提出了一种基于多轴运动控制器的转台控制系统的组成方案.给出了转台的基本组成,介绍了多轴运动控制卡功能及其硬软件的开放性。分析了控制系统的组成原理，详细介绍了控制系统总体设计方案和基本的硬件配置结构,以及此控制系统的软件设计方法和功能实现。通过此基于多轴运动控制卡的控制系统实现了转台的实时控制及伺服控制。 关键词：多轴运动控制器；转台；运动控制系统 中图分类号：TP271文献标识码：A Using PMAC in motion control system of turntable WANG Hai Yong,ZHANG Wei Wei,WANG Wei (School of Aerospace,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,China) Abstract:Three-axis turntable motion control system with PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)is proposed.It intro-duces the design of turntable,and it introduces the functions and opening of the PMAC.This paper analyzes the basic theory of control system.It briefly introduces the overall design scheme and basic hardware configuration of the control system,and explains its software design method and function realization in detail.Through the control system the turntable achieves real-time control and servo control. Key words：PMAC；turntable；motion control system 97 《电子技术应用》2010年第3期

无人机飞行控制方法概述

2017-10-08 GaryLiu 于四川绵阳 无人机的飞行控制是无人机研究领域主要问题之一。在飞行过程中会受到各种干扰，如传感器的噪音与漂移、强风与乱气流、载重量变化及倾角过大引起的模型变动等等。这些都会严重影响飞行器的飞行品质，因此无人机的控制技术便显得尤为重要。传统的控制方法主要集中于姿态和高度的控制，除此之外还有一些用来控制速度、位置、航向、3D轨迹跟踪控制。多旋翼无人机的控制方法可以总结为以下三个主要的方面。 1.线性飞行控制方法 常规的飞行器控制方法以及早期的对飞行器控制的尝试都是建立在线性飞行控制理论上的，这其中就有诸如PID、H∞、LQR以及增益调度法。 1)PID PID控制属于传统控制方法，是目前最成功、用的最广泛的控制方法之一。其控制方法简单，无需前期建模工作，参数物理意义明确，适用于飞行精度要求不高的控制。 2)H∞ H∞属于鲁棒控制的方法。经典的控制理论并不要求被控对象的精确数学模型来解决多输入多输出非线性系统问题。现代控制理论可以定量地解决多输入多输出非线性系统问题，但完全依赖于描述被控对象的动态特性的数学模型。鲁棒控制可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题，但它的计算量非常大，依赖于高性能的处理器，同时，由于是频域设计方法，调参也相对困难。 3)LQR LQR是被运用来控制无人机的比较成功的方法之一，其对象是能用状态空间表达式表示的线性系统，目标函数是状态变量或控制变量的二次函数的积分。而且Matlab软件的使用为LQR的控制方法提供了良好的仿真条件，更为工程实现提供了便利。 4)增益调度法 增益调度（Gain scheduling）即在系统运行时，调度变量的变化导致控制器的参数随着改变，根据调度变量使系统以不同的控制规律在不同的区域内运行，以解决系统非线性的问题。该算法由两大部分组成，第一部分主要完成事件驱动，实现参数调整。如果系统的运行情况改变，则可通过该部分来识别并切换模态；第二部分为误差驱动，其控制功能由选定的模态来实现。该控制方法在旋翼无人机的垂直起降、定点悬停及路径跟踪等控制上有着优异的性能。 2.基于学习的飞行控制方法 基于学习的飞行控制方法的特点就是无需了解飞行器的动力学模型，只要一些飞行试验和飞行数据。其中研究最热门的有模糊控制方法、基于人体学习的方法以及神经网络法。 1)模糊控制方法（Fuzzy logic） 模糊控制是解决模型不确定性的方法之一，在模型未知的情况下来实现对无人机的控制。 2)基于人体学习的方法（Human-based learning） 美国MIT的科研人员为了寻找能更好地控制小型无人飞行器的控制方法，从参加军事演习进行特技飞行的飞机中采集数据，分析飞行员对不同情况下飞机的操作，从而更好地理解无人机的输入序列和反馈机制。这种方法已经被运用到小型无人机的自主飞行中。 3)神经网络法（Neural networks）

无人机主要部件

1、首先介绍的是无人机的大脑——飞控 无人机飞行控制系统是指能够稳定无人机飞行姿态，并能控制无人机自主或半自主飞行的控制系统，是无人机的大脑，也是区别于航模的最主要标志，简称飞控。飞控的作用就是通过飞控板上的陀螺仪，对四轴飞行状态进行快速调整(都是瞬间的事，不要妄想用人肉完成)。如发现右边力量大，向左倾斜，那么就减弱右边电流输出，电机变慢、升力变小，自然就不再向左倾斜。如果没有飞控系统，四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致等原因形成飞行力量不平衡，后果就是左右、上下地胡乱翻滚，根本无法飞行。 工作过程大致如下：飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据，经计算处理，输出控制指令给执行机构，实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控制;同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任务设备的工作状态参数实时传送给机载无线电数据终端，经无线电下行信道发送回地面测控站。飞控系统的硬件主要包括：主控制模块、信号调理及接口模块、数据采集模块以及舵机驱动模块等。 2、为传感器增稳的——云台 稳定平台，对于任务设备来说太重要了，是用来给相机增稳的部分，几千米的高度上误差个几分几秒就能差出去几十米。它主要通过传感器感知机身的动作，通过电机驱动让相机保持原来的位置，抵消机身晃动或者震动的影响。云台主要考察几个性能：增稳精度、兼容性（一款云台能适配几款相机和镜头）和转动范围（分为俯仰、横滚和旋转三个轴），如果遇到变焦相机，就更加考验云台

的增稳精度了，因为经过长距离的变焦，一点点轻微的震动都会让画面抖动得很厉害。 现时的航拍云台主要由无刷电机驱动，在水平、横滚、俯仰三个轴向对相机进行增稳，可搭载的摄影器材从小摄像头到GoPro，再到微单/无反相机，甚至全画幅单反以及专业级电影机都可以。摄影器材越大，云台就越大，相应的机架也就越大。 上面三个演示的是机身不动、相机动的效果，但实际上云台工作时，是相机不动，而机身动。所以在空中时，无人机的机身不断在动作，云台依然可以保相机镜头的位置，达到增稳的效果。 分类: 目前市面上常见的有三轴增稳云台和两轴增稳云台。

飞行控制系统设计

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 一、对最简单的角位移系统的评价 1、某低速飞机本身具有较好的短周期阻尼，采用这种简单的控制规律是可行的。它的传递函数为： open p3_6 系统根轨迹为： nem1=-12.5; den1=[1 12.5]; sys1=tf(nem1,den1); nem2=[-1 -3.1]; den2=[1 2.8 3.24 0]; sys2=tf(nem2,den2); sys=series(sys1,sys2); rlocus(sys) 随着k的增大，该系统的一对闭环复极点的震荡阻尼逐渐减小。但由于飞机本身的阻尼较大，所以当k增大致1.34时，系统的震荡阻尼比仍有0.6。k增大到6.2时系统才开始不稳定。 2、现代高速飞机的短周期运动自然阻尼不足，若仍采用上述单回路控制系统则不能胜任自动控制飞机的要求。 open p3_10 系统根轨迹为： nem1=-10; den1=[1 10]; sys1=tf(nem1,den1);

nem2=[-4.3 -4.3*0.33]; den2=[1 0.61 3.3 0]; sys2=tf(nem2,den2); sys=series(sys1,sys2); rlocus(sys) 随着k增大，系统阻尼迅速下降。当k=1.06时，处于临界稳定。所以无法选择合适的k值以满足系统动静态性能。为了使系统在选取较大的k值基础上仍有良好的动态阻尼，引入俯仰角速度反馈。 二、具有俯仰角速率反馈的角位移自动驾驶仪参数设计open p3_16 1、系统内回路根轨迹为： nem1=-10; den1=[1 10]; sys1=tf(nem1,den1); nem2=[-4.3 -4.3*0.33]; den2=[1 0.61 3.3]; sys2=tf(nem2,den2); sys=series(sys1,sys2); rlocus(sys) 按物理概念似乎速率陀螺的作用越强，阻尼效果越显著。但根轨迹分析告诉我们，只有在一定范围内这种概念才是正确的，否则会得到相反的效果。这种现象是由舵回路的惯性造成的。舵回路具有不同时间常数时的内回路根轨迹图： Tδ=0 sys1=-1; nem2=[-4.3 -4.3*0.33]; den2=[1 0.61 3.3]; sys2=tf(nem2,den2); sys=series(sys1,sys2); rlocus(sys) Tδ=0.1

无人机飞行路线控制系统设计

无人机飞行路线控制系统设计 由于无人机是通过无线遥控的方式完成自动飞行和执行各种任务,具有安全零伤亡、低能耗、重复利用率高、控制方便等优点,因此得到了各个国家、各行各业的高度重视和广泛应用。尤其以美国为代表,无论是在军事、民用、环境保护还是科学研究中,都将无人机的使用发挥到淋漓尽致,其拥有全球最先进的“捕食者”和“全球鹰”战斗无人机、监测鸟类的“大乌鸦”无人机、民用用途的“伊哈纳”无人机等等。我国在无人机研制方面也取得了一定的成就,拥有技术卓越的“翔龙”和“暗箭”高空高速无人侦查机、多用途的“黔中”无人机、探测海洋的“天骄”无人机、中继通讯的“蜜蜂”无人机等等。在未来,随着现代化工业技术、信息技术、自动化技术、航天技术等高新技术的迅速发展,无人机技术将日趋成熟,性能日益完善,为此将拥有更为广阔的应用前景。为确保无人机能够有效地完成各种飞行任务,研发者开发了各种技术方式的飞行控制系统,完成对无人机的起飞、飞行控制、着陆以及相应目标任务等操作的控制。飞行路线控制是飞行控制系统中最基础也是最核心的功能控制部分,其它所有的飞行任务控制都是飞行路线控制的基础之上实现。目前对于无人机飞行路线的控制已有各种各样方式的系统,但大多数系统都存在一定缺陷,如有些系统操作过于繁杂,不够智能化;有些系统只能在视距范围遥 控无人机,严重限制了无人机的使用;有些系统过于专用化,不能适用于大多数类型的无人机;有些比较完善的系统,造价又过于昂贵,等等一系列问题。针对以上存在的这些问题,本课题提出了一种成本低、

遥控距离远、智能化、高效化、适用性广的无人机飞行路线控制系统设计方案。该系统方案包括两大部分,一部分是操作人员所处的地面监控系统,一部分是无人机端的受控系统,实现的机制主要是无人机不断地将自身的定位信息实时地传送给地面控制系统,地面控制系统将无人机位置信息通过电子地图可视化显示给操作人员,操作人员结合本次飞行任务,采用灵活的鼠标绘制方式在地图上绘制预定的飞行路线,地面控制系统对绘制路线进行自动处理生成可用的路线控制信息帧并发送给无人机受控系统,无人机受控系统接收到位置控制信息帧,不断结合实时的方位信息得到飞行控制信息,从而遥控无人机按照预定路线飞行。此外,为方便用户以后对历史数据的查看,以分析总结得到一些有价值的信息,地面监控系统还包含了对预定路线和无人机历史飞行路线的存储、查询和在地图中回放功能。基于GIS技术的地面监控系统的具体实现是在Windows操作系统上,采用Visual Basic作为系统开发环境并结合MSComm串口通信技术、Mapx二次开发组件技术、Winsock网络接口技术以及Access数据库技术完成软件设计,实现与无人机受控系统的无线通信、GIS系统操作和监控、历史数据存储和重现等,其中实验区域的电子地图采用Mapinfo Professional开发软件绘制完成,并创新性地设计并绘制了画面简洁的带高层信息的二点三维矢量地图,而对于绘制路线的优化和提取处理采用了垂距比值法和最小R值法。无人机端使用BDS-2/GPS双卫星系统对无人机实时位置进行高精度的定位,采用双串口单片机进行运算控制处理,实时的飞行控制信息采用了几何空间算法得到,另外采

飞行器控制系统课程设计

课程设计任务书 学生姓名：________ 专业班级： _______________ 指导教师：_______ 工作单位： ____________ 题目：飞行器控制系统设计 初始条件： 飞行器控制系统的开环传递函数为： G（s） -^500^ s（s 361.2） 控制系统性能指标为调节时间0.01s，单位斜坡输入的稳态误差 0.000521，相角裕度大于84度。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） （1）设计一个控制器，使系统满足上述性能指标； （2）画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图； （3）用Matlab画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标； （4）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析 计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab源程序或Simulink仿 真模型，说明书的格式按照教务处标准书写 时间安排：

指导教师签名： 系主任（或责任教师）签名: 目录 1串联滞后—超前校正的原理............ 错误! 未定义书签。 2 飞行器控制系统的设计过程. ................. 错误! 未定义书签。 2.1 飞行器控制系统的性能指标............... 错误! 未定义书签。 2.2 系统校正前的稳定情况................. 错误! 未定义书签。 2.2.1 校正前系统的波特图............. 错误! 未定义书签。 2.2.2 校正前系统的奈奎斯特曲线 (2) 2.2.3 校正前系统的单位阶跃响应曲线......... 错误! 未定义书签。 2.3 飞行器控制系统的串联滞后—超前校正 (4) 2.3.1 确定校正网络的相关参数 (4) 2.3.2 验证已校正系统的性能指标 (6) 2.4 系统校正前后的性能比较 (8) 2.4.1 校正前后的波特图 (8) 2.4.2 校正前后的奈奎斯特曲线 (9) 2.4.3 校正前后的单位阶跃响应曲线 (11) 3 设计总结与心得体会 (12) 参考文献 (13)

小型无人机飞控系统介绍与工作原理

飞控系统是无人机的核心控制装置，相当于无人机的大脑，是否装有飞控系统也是无人机区别于普通航空模型的重要标志。在经历了早期的遥控飞行后，目前其导航控制方式已经发展为自主飞行和智能飞行。导航方式的改变对飞行控制计算机的精度提出了更高的要求；随着小型无人机执行任务复杂程度的增加，对飞控计算机运算速度的要求也更高；而小型化的要求对飞控计算机的功耗和体积也提出了很高的要求。高精度不仅要求计算机的控制精度高，而且要求能够运行复杂的控制算法，小型化则要求无人机的体积小，机动性好，进而要求控制计算机的体积越小越好。 在众多处理器芯片中，最适合小型飞控计算机CPU的芯片当属TI公司的TMS320LF2407，其运算速度以及众多的外围接口电路很适合用来完成对小型无人机的实时控制功能。它采用哈佛结构、多级流水线操作，对数据和指令同时进行读取，片内自带资源包括16路10位A ／D转换器且带自动排序功能，保证最多16路有转换在同一转换期间进行，而不会增加CPU 的开销；40路可单独编程或复用的通用输入／输出通道；5个外部中断；集成的串行通信接口（SCI），可使其具备与系统内其他控制器进行异步（RS 485）通信的能力；16位同步串行外围接口（SPI）能方便地用来与其他的外围设备通信；还提供看门狗定时器模块（WDT）和CAN通信模块。 飞控系统组成模块 飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据，经计算处理，输出控制指令给执行机构，实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控制；同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任务设备的工作状态参数实时传送给机载无线电数据终端，经无线电下行信道发送回地面测控站。按照功能划分，该飞控系统的硬件包括：主控制模块、信号调理及接口模块、数据采集模块以及舵机驱动模块等。 模块功能 各个功能模块组合在一起，构成飞行控制系统的核心，而主控制模块是飞控系统核心，它与信号调理模块、接口模块和舵机驱动模块相组合，在只需要修改软件和简单改动外围电路的基础上可以满足一系列小型无人机的飞行控制和飞行管理功能要求，从而实现一次开发，多型号使用，降低系统开发成本的目的。系统主要完成如下功能： （1）完成多路模拟信号的高精度采集，包括陀螺信号、航向信号、舵偏角信号、发动机转速、缸温信号、动静压传感器信号、电源电压信号等。由于CPU自带A／D的精度和通道数有限，所以使用了另外的数据采集电路，其片选和控制信号是通过EPLD中译码电路产生的。

浅析无人机航空摄影测量系统及应用

浅析无人机航空摄影测量系统及应用 发表时间：2017-10-26T19:53:11.473Z 来源：《建筑科技》2017年9期作者：舒永国 [导读] 发展低空无人飞行器航测遥感系统是提高测绘现势性的迫切需要，是做好应急救急工作的迫切需要，是构建数字中国、数字城市建设的迫切需要。基于此，本文主要对无人机航空摄影测量系统及应用进行分析探讨。 北京市自来水集团禹通市政工程有限公司北京 100089 摘要：测绘测量技术系统是应对自然灾害、有效处置突发事件、构建完善保障系统与加强防灾减灾工作建设的重要组成部分，也是目前的一个重要战略问题。发展低空无人飞行器航测遥感系统是提高测绘现势性的迫切需要，是做好应急救急工作的迫切需要，是构建数字中国、数字城市建设的迫切需要。基于此，本文主要对无人机航空摄影测量系统及应用进行分析探讨。 关键词：无人机；航空摄影；测量系统；应用 1、前言 航空数字摄影测量是基础地理信息采集的最有效手段之一。随着计算机技术的发展和微处理机的广泛应用，政府各部门对测绘资料的需求越来越大，对资料现势性要求越来越高，对资料所能包涵的信息容量越来越多。无人机航空摄影测量作为一种新型的测量方式不断呈现在大家的面前，伴随着高科技技术环境下测绘技术与测绘装备的快速发展，融合了无人机技术、航空摄影技术、移动测量技术、数字通信技术等一系列新兴技术形态的无人机航空摄影测量系统成为防灾减灾的重要手段，它建立起一整套综合应急测绘保障服务系统。 2、无人机航空摄影测量系统 目前，国内已经投入使用的无人机航空摄影测量系统有“华鹰”、“飞象”、“QuickEye”等。无人机航空摄影测量系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括机载系统和地面监控系统；软件系统则涵盖了航线设计、飞行控制、远程监控、航摄检查、数据预处理等五个主要的系统。 2.1硬件系统 2.1.1无人机机载系统 在整个无人机航空摄影测量系统构成中，无人机作为主要的系统搭载平台，是整个系统集成与融合的重要基础。这一硬件系统主要由无人机、数字摄影系统、导航与飞行控制系统、通信系统等部分构成。在该系统工作的过程中，整个系统会按照预先设定的航线进行相应的自主飞行，并且完成预先设定的航空摄影测量任务，同时实时地把飞机的速度、高度、飞行状态、气象状况等参数传输给地面控制系统。 2.1.2地面飞行监控系统 这一分支系统是影响飞行平台运行的重要因素，主要有电子计算机、飞行控制软件、电子通信控制介质和电台等设备。在飞行平台的运行过程中，地面飞行控制系统可以据无人机飞行控制系统发回的飞行参数信息，实时在地图上精确标定飞机的位置、飞行路线、轨迹、速度、高度和飞行姿态，使地面操作人员更容易掌握无人机的飞行状况。 2.2软件系统 2.2.1航线设计软件 航线设计在无人机航空摄影测量系统中扮演着十分重要的角色，其直接决定了整个系统工作的方向和精准度。这一分支系统作为信息采集的关键步骤，需要对于系统运行经过的作业范围、地形地貌特点、属性精度要求、摄影测量参数以及摄影测量的结果进行综合设定。航线设计软件需要对相关的工作参数进行综合设定，诸如计算行高、重叠度和地面分辨率等飞行参数，进而获得飞行所需的曝光点坐标、基线长度等参数。此外，航线设计软件还有一个十分重要的功能，那就是对于设计好的航线进行检查，诸如：航线走向、摄影基面、行高、地面分辨率和像片重叠度等。 2.2.2数据接受与预处理系统 这是无人机系统中最为重要的软件系统，也是无人机航空摄影测量系统室外作业的最后一步，直接影响到后续的图像数据处理质量。一般情况下，无人机航空摄影测量系统在影像获取过程中，由于受外界和内部因素的影响，可能降低获取的原始图像的质量。为避免原始图像后续处理的质量问题，在影像配准、拼接之前，必须对原始影像进行预处理。这一预处理的过程，先后涵盖了图像校正、图像增强等方面。 3、项目应用实践 3.1工程概况 井山水库位于抚河流域东乡河南港支流黎圩水上游，地处江西省抚州市东乡县黎圩镇内，坝址位于南港支流东乡县黎圩镇井山村上游河段1.0km狭谷段，坝址区距黎圩镇约5km，距东乡县县城约25km，控制流域面积25.2km2，正常蓄水位83.00m（黄海高程，下同），总库容2250×104m3，是一座灌溉、供水等综合效益的中型水利枢纽工程。 3.2外业测量 3.2.1航摄 航摄仪采用Sonya7R，焦距35mm，相幅大小为：7360×4192，像元分辨率为4.88um。本次无人机航摄分两个架次进行，由GPS领航数据计算相对飞行高度为724m，地面分辨率为0.09m，航摄面积约10km2。两个架次飞行质量和影像良好，影像清晰度较高，且照片色彩均匀，饱和度良好，能够表达真实的地物信息，可以满足1:2000成图要求。本次飞行航向重叠度为75%，旁向重叠度为50%。 3.2.2像控测量 像控点的布设应能够有效控制成图的范围，测区的四周及中心位置必须布设控制点，根据测区的情况，每个测区布设控制点20多个，且都设置为平高点。 3.2.3空中三角测量 本项目采用SVS软件进行空三加密，根据航空飞行及影像分布情况，将空三区域分为两个加密区域网采用自动与手动相结合的方式进行空三加密，即采用自动匹配进行像点量测，剔除粗差。人工调整直至连接点符合规范要求，保证在2/3个像素以内。加入外业像控点对本

飞行器控制系统设计

学号： 课程设计 题目飞行器控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化 班级自动化1002班 姓名 指导教师肖纯 2012 年12 月19 日

课程设计任务书 学生姓名： 专业班级：自动化1003班 指导教师： 肖 纯 工作单位： 自动化学院 题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件：飞行器控制系统的开环传递函数为： ) 2.361(4500)(+= s s K s G 要求设计控制系统性能指标为调节时间ts 008.0≤秒，单位斜坡输入的稳态误差000443.0≤，相角裕度大于75度。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求） （1） 设计一个控制器，使系统满足上述性能指标； （2） 画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图； （3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统 的动态性能指标； （4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析 计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

随着经济的发展，自动控制技术在国民经济中发挥着越来越重要的作用。自动控制就是在没有人的参与下，系统的控制器自动的按照人预订的要求控制设备或过程，使之具有一定的状态和性能。在实际中常常要求在达到制定性能指标的同时能更加节约成本、能具有更加优良的效果。本次飞行器设计中，采用频域校正的方法使系统达到指定的性能指标，同时采用matlab仿真软件更加直观的进行仿真分析和验证。 在此设计中主要采用超前校正的方法来对系统进行性能的改进，通过分析、设计、仿真、写实验报告书的过程，进一步加深了对自动控制原理基本知识的理解和认识，同时通过仿真系统的奈奎斯特图、bode图、单位阶跃响应曲线，进一步理解了系统的性能指标的含义，同时也加深了对matlab仿真的掌握，培养了认识问题、分析问题、解决问题的能力。

无人机管理规程

1.0 2.0 3.0 3.1 3.2 3.3 4.0 5.0 5.1 5.1.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1目的 为规范使用无人机，妥善管理公司的固定资产，特制定本规程。 使用范围 仅限于与公司相关的业务 职责 人事行政负责人负责《无人机管理规程》的制定、修订及各部门执行的监督检查。行政助理负责车辆的日常管理、保管。 其他各部门负责人负责本部门《无人机管理规程》的宣传、培训、执行监管。 财务部负责人负责制度相关费用的账务管理工作。 弱电工程师负责无人机的使用期间的问题处理。 项目经理负责《无人机管理规程》的审核和作业流程的监察工作。 定义 无人机指公司购进的航拍器械。 程序文件 借用流程 借用人向人事行政部提交借用申请→审核通过→《借用登记表》（附件一）登记→委派工程技术部人员现场支持。 使用条例 使用前务必检查设备及其配件是否齐全完好，电池充足，存储卡使用空间是否足够； 停飞后检查设备及其配件是否齐全完好，导出数据并将电池充满后归还人事行政部； 飞行使用中如遇设备故障，立即采取处理措施，以不造成设备损坏为最高准则,同时参照航拍机维修条例执行操作。 使用注意事项 飞行前，请仔细检查螺旋桨是否损坏、老化，电池电量是否充足、其他部件是否

5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 6.0 6.1 7.0 7.1应该更换或维修； 确保您的智能飞行电池、遥控器及其他设备电量充足； 请选择开阔空旷的飞行场地，远离人群及建筑物，请勿在人群或动物上方停留飞行； 根据相关法律规定，无人机飞行范围需在目视视距半径500米，相对高度120米范围内，确保飞机在您的视线之范围内，请勿在障碍物背面飞行，以减少操作不可控性，若违反相关法律规定将自行承担相关责任； 无人机飞行时必须考量现场天气、风向等因素，以减少操作不可控性； 飞行过程中，在使用自动功能时，如自动起飞、自动降落等，双手请不要离开遥控器，请始终保持对飞机控制； 在确认取得良好GPS信号后再起飞，并尽可能利用安全飞行功能，如自动返航，定点悬停等； 使用人管理 使用人应严格按照《无人机管理规程》使用无人机，如有违反责任自负。 使用人应爱惜公司财产，人为损失将自负。 使用人需学习《无人机使用学习教材》并经项目经理验证后授权。 使用人在使用过程中无人机发生失控故障时，立即停止遥控器的所有操作并第一时间向工程技术部报事。 支持文件 SAVILLS-CQ/YKJ-XZ-《无人机使用学习教材》 支持记录 SAVILLS-CQ/YKJ-XZ-《借用登记表》

关于无人机飞行控制系统的全面解析

关于无人机飞行控制系统的全面解析 飞控的大脑：微控制器在四轴飞行器的飞控主板上，需要用到的芯片并不多。目前的玩具级飞行器还只是简单地在空中飞行或停留，只要能够接收到遥控器发送过来的指令，控制四个马达带动桨翼，基本上就可以实现飞行或悬停的功能。意法半导体高级市场工程师介绍，无人机/多轴飞行器主要部件包括飞行控制以及遥控器两部分。其中飞行控制包括电调/马达控制、飞机姿态控制以及云台控制等。目前主流的电调控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。 高通和英特尔推的飞控主芯片CES上我们看到了高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器，他们采用了比微控制器（MCU）更为强大的CPU或是ARM Cortex-A系列处理器作为飞控主芯片。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器，它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机。这款无人机采用了RealSense技术，能够建起3D地图和感知周围环境，它可以像一只蝙蝠一样飞行，能主动避免障碍物。英特尔的无人机是与一家德国工业无人机厂商Ascending Technologies合作开发，内置了高达6个英特的RealSense3D摄像头，以及采用了四核的英特尔凌动（Atom）处理器的PCI-express定制卡，来处理距离远近与传感器的实时信息，以及如何避免近距离的障碍物。这两家公司在CES展示如此强大功能的无人机，一是看好无人机的市场，二是美国即将推出相关法规，对无人机的飞行将有严格的管控。 多轴无人机的EMS/传感器某无人机方案商总经理认为，目前业内的玩具级飞行器，虽然大部分从三轴升级到了六轴MEMS，但通常采用的都是消费类产品如平板或手机上较常用的价格敏感型型号。在专业航拍以及专为航模发烧友开发的中高端无人机上，则会用到质量更为价格更高的传感器，以保障无人机更为稳定、安全的飞行。这些MEMS传感器主要用来实现飞行器的平稳控制和辅助导航。飞行器之所以能悬停，可以做航拍，是因为MEMS传感器可以检测飞行器在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化，在检测到角度变化

无人机飞行管理规定

无人机飞行管理规定 1.从事通用航空飞行活动的单位、个人使用机场飞行空域、航路、航线，应当按照国家有关规定向飞行管制部门提出申请，经批准后方可实施。 2.从事通用航空飞行活动的单位、个人，根据飞行活动要求，需要划设临时飞行空域的，应当向有关飞行管制部门提出划设临时飞行空域的申请。划设临时飞行空域的申请，应当在拟使用临时飞行空域7个工作日前向有关飞行管制部门提出。负责批准该临时飞行空域的飞行管制部门应当在拟使用临时飞行空域3个工作日前作出批准或者不予批准的决定，并通知申请人。 以下摘取的部分无人机法规： (1)无人机(UA：Unmanned Aircraft)，是由控制站管理(包括远程操纵或自主飞行)的航空器。也称远程驾驶航空器(RPA：Remotely Piloted Aircraft) (2)无人机系统(UAS：Unmanned Aircraft System)，也称远程驾驶航空器系统(RPAS：Remotely Piloted Aircraft Systems)，是指由无人机、相关的控制站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。 (3)无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有必不可少职责并在飞行期间适时操纵无人机的人。

(4)无人机系统的机长，是指在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员。 (5)无人机观测员，由运营人指定的训练有素的人员，通过目视观测无人机，协助无人机驾驶员安全实施飞行，通常由运营人管理，无证照要求。 (6)运营人，是指从事或拟从事航空器运营的个人、组织或企业。 (7)控制站(也称遥控站、地面站)，无人机系统的组成部分，包括用于操纵无人机的设备。 (8)指令与控制数据链路(C2：Commandand Control datalink)，是指无人机和控制站之间为飞行管理之目的的数据链接。 (9)感知与避让，是指看见、察觉或发现交通冲突或其他危险并采取适当行动的能力。 (10)无人机感知与避让系统，是指无人机机载安装的一种设备，用以确保无人机与其它航空器保持一定的安全飞行间隔，相当于载人航空器的防撞系统。在融合空域中运行的Ⅺ、Ⅻ类无人机应安装此种系统。 (11)视距内(VLOS：Visual Line of Sight)运行，无人机在驾驶员或观测员与无人机保持直接目视视觉接触的范围内运行，且该范围为目视视距内半径不大于500米，人、机相对高度不大于120米。

课程设计---飞行器控制系统设计

目录 1飞行器控制系统的设计过程 (1) 1.1飞行器控制系统的性能指标 (1) 1.2参数分析 (1) 2系统校正前的稳定情况 (3) 2.1校正前系统的伯特图 (3) 2.2校正前系统的奈奎斯特曲线 (3) 2.3校正前系统的单位阶跃响应曲线 (5) 2.4校正前系统的相关参数 (5) 2.4.1 上升时间 (6) 2.4.2超调时间 (7) 2.4.3超调量 (7) 2.4.4 调节时间 (7) 3校正系统 (8) 3.1校正系统的选择及其分析 (8) 3.2验证已校正系统的性能指标 (10) 4系统校正前后的性能比较 (13) 4.1校正前后的波特图 (13) 4.2校正前后的奈奎斯特曲线 (14) 4.3校正前后的单位阶跃响应曲线 (15) 5设计总结与心得 (17) 参考文献 (18)

飞行器控制系统设计 1飞行器控制系统的设计过程 1.1飞行器控制系统的性能指标 飞行器控制系统的开环传递函数 ) 2.361(4500)(+= s s K s G 控制系统性能指标为调节时间s 01.0≤，单位斜坡输入的稳态误差000521.0≤，相角裕度大于85度。 1.2参数分析 由系统开环传递函数可以求得： 令 2n ω= 4500k 所以开环传递函数: 2 ()(361.2) n G s s s ω= + 稳态误差为: ss 2 n n 1361.2e 0.000521lim ()s SG s ζ ωω→= =≤2= 可得832/n rad s ω=，0.217ζ=。 所以，取154k =。 开环传递函数 693000 ()(361.2) G s s s = + 稳态误差 0.005e δ=>