微型飞行器系统设计范例.ppt

PID控制使用中只需设定三个参数（Kp， Ki 和Kd）即可。 在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 比例（P）控制  控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差；积分（I）控制 　 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差； 微分（D）控制 　　在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。增加 “微分项”能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。 无刷电机 以某型KV 值为2100的无刷电机为例，其在11.1伏电压下，转速(不带桨)就是2100*11.1=23310转每分钟。 该型电机11.1伏电压下适合用5030桨，若配置8060桨，则会扭力不足，甚至损坏电机和电调。 通过改变电压，可以改变电机的转速，与之相匹配的螺旋桨也可相应改变大小。若增大电压，则电机转速变高，扭力会减小，桨需要更小的。反之，降低电压，电机转速变小，桨就可以更大一些。 因此，从某种意义上讲，选电机就是选KV值。电机的KV值决定与之相匹配的螺旋桨以及适用的微型飞行器。  电子调速器 电子调速器（电调）的主要作用是根据控制信号调节电动机的转速。 电调对应使用的电机类型不同，也分无刷电调和有刷电调。 电子调速器 无刷电机工作必须要有电调，否则是不能转动的。 无刷电调有这样几个功能：一是提供无刷电机工作的低压交流电，电机才能转动；二是转换电池电压以供接收机工作。 选择电调是必须根据应用情况以及电机的功率要求。电机工作时，所需的电流不能超过电调的最大电流值，超过这个值电调就可能会损毁。 电池 电池是电动微型飞行器的能量来源，电动微型飞行器目前普遍采用可充电电池。主要类型有充电电池有镍镉电池、镍氢电池、锂聚合物电池、铁锂电池等。 其中镍镉电池已因技术落后基本淘汰，铁锂电池为美国新技术，还没有完全推广开来。目前小型微型飞行器主要用锂聚合电池和镍氢电池两种类型。 电池 电压 单体聚合物锂电池的工作电压为3.7V左右，在使用时，可将单体电池串联。 如2S电池即指两块单体电池的串联电池组，电压为7.4V，3S电池指三块单体电池串联的电池组，电压为11.1伏。 工作电压并不是指电池充满电的时的电压。对于单体聚合物锂电池，充满以后电压一般能达到4.2V。 电池 容量和放电倍率 除了电压，容量和放电倍率(C)也是电池的重要参数。 电池放电倍率用来表示电池充放电时电流大小的比率。 以1200mAh的电池，1C表示1200mAh，0.2C表示240mA。 若该电池标称为10C，那么它的最大放电电流是1.2A*10=12A，但在10C即12A的工作状态下，理论上只能持续工作60/10=6分钟。 电池 容量和放电率 电池容量也是电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，通常以安培·小时(Ah)或毫安·小时(mAh)为单位. 一般情况下，电池容量越大，重量越重。 考虑到微型飞行器对重量的控制，为了飞机的重量控制。还需要考虑电池能量密度的大小，尽量选择能量密度比较大的电池。 * * 微型飞行器飞行控制律 PID控制 PID （比例- 积分- 微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。 PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器，在微型飞行器飞行控制中也得到广泛应用。 微型飞行器飞行控制律 微型飞行器飞行控制律 微型飞行器飞行控制律 俯仰 姿态控制 （比例-微分控制） 参数：kP、kD 动力学模型 分析 人员 调试经验 P D 微型飞行器飞行控制律 模糊控制 模糊控制是基于模糊数学的基本思想和理论的控制方法。 特点： 微型飞行器飞行控制律 模糊控制 人员操纵微型飞行器飞行时，通过观察微型飞行器飞行姿态与轨迹，对其飞行进行控制。当操纵人员获得观测数据时，根据所