一種基于二自由度直升機的運動模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及直升機控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于二自由度直升機的運動模型。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自動控制理論的成熟和自動控制技術(shù)的發(fā)展，直升機無論在軍事還是民用上都得到了廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)實生活中，由于直升機飛行試驗危險性大，傳感器成本高，在實際飛行中驗證控制存在很多安全隱患，所以在進行飛行試驗之前，一般都要進行模型仿真飛行試驗，即采用地面的模擬飛行系統(tǒng)來盡可能模擬真實飛行時的運動情況。這樣不但可以節(jié)省人力、物力、財力，還可以對直升機的飛行試驗有一定的預(yù)測作用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于二自由度直升機的運動模型，解決直升機試驗存在的成本高、危險性大等【背景技術(shù)】中的缺點，大大減少了危險性，節(jié)約了大量成本。
[0004]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種基于二自由度直升機的運動模型，包括機械結(jié)構(gòu)以及控制結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)由模型機身和金屬底座組成，具有位于機頭的前螺旋槳與位于機尾的后螺旋槳，前螺旋槳與后螺旋槳互相垂直，并且由外殼保護，防止外界對它的干擾也避免槳片高速旋轉(zhuǎn)時可能對周圍產(chǎn)生的傷害，前螺旋槳以水平面為旋轉(zhuǎn)平面，后螺旋槳則以沿著機身方向的鉛垂面為旋轉(zhuǎn)平面，分別控制直升機模型的俯仰方向和偏航方向的運動姿
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[0005]進一步地，該模型包含有主芯片控制器，陀螺儀，液晶顯示屏，無刷電調(diào)、無刷電機，其中由PC機通過串口通訊連接主芯片控制器，主芯片控制器的輸出端通過兩個無刷電調(diào)分別連接有無刷電機，其中一個無刷電機連接有作為主旋翼的前螺旋槳，另一個無刷電機連接有作為尾漿的后螺旋槳，主芯片控制器的輸入端連接陀螺儀，通過陀螺儀模塊測量實時角度數(shù)據(jù)反饋給主芯片控制器，主芯片控制器發(fā)送PWM波控制無刷電機旋轉(zhuǎn)改變直升機姿態(tài)。
[0006]進一步地，主芯片控制器為32位的STM32F103C8T6芯片。
[0007]進一步地，陀螺儀為可提供三軸角加速度和角速度的MPU-6050陀螺儀。基于二自由度直升機的運動模型
[0008]進一步地，前螺旋槳直徑20.32英寸，提供俯仰方向升力；后螺旋槳直徑15.24英寸，提供水平角度旋轉(zhuǎn)力；采用無刷電機作為動力源。
[0009]進一步地，液晶顯示屏采用η5110顯示屏顯示角度數(shù)據(jù)。
[0010]進一步地，主芯片控制器的核心為單片機。
[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本實用新型實現(xiàn)PID控制器來控制模擬直升機的飛行姿態(tài)，并將運行狀態(tài)數(shù)據(jù)直接在顯示屏上顯示，或者通過串口通信傳到上位機，而且能夠使模擬直升機按照給定的飛行姿態(tài)指令(鍵盤輸入或上位機控制)正確模擬出二自由度的飛行情況，并且保證具有良好的動、靜態(tài)性能。對于減少直升機飛行試驗的危險性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型實施例提供的控制結(jié)構(gòu)的框圖；
[0013]圖2是本實用新型實施例提供的機械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0015]參見圖2，一種基于二自由度直升機的運動模型，包括機械結(jié)構(gòu)以及控制結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)由模型機身I和金屬底座2組成，具有位于機頭的前螺旋槳3與位于機尾的后螺旋槳4，前螺旋槳3與后螺旋槳4互相垂直，并且由外殼保護，防止外界對它的干擾也避免槳片高速旋轉(zhuǎn)時可能對周圍產(chǎn)生的傷害，前螺旋槳3以水平面為旋轉(zhuǎn)平面，后螺旋槳4則以沿著機身方向的鉛垂面為旋轉(zhuǎn)平面，分別控制直升機模型的俯仰方向和偏航方向的運動姿態(tài)。利用集電滑環(huán)來連接位于模型上面的電機與下面的控制器，省去了連接的導(dǎo)線，避免了由于模型直升機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的導(dǎo)線纏繞現(xiàn)象。
[0016]見圖1，該模型包含有主芯片控制器，陀螺儀，液晶顯示屏，無刷電調(diào)、無刷電機，其中由PC機通過串口通訊連接主芯片控制器，主芯片控制器的輸出端通過兩個無刷電調(diào)A和無刷電調(diào)B分別連接有無刷電機A和無刷電機B，其中一個無刷電機連接有作為主旋翼的前螺旋槳，另一個無刷電機連接有作為尾漿的后螺旋槳，主芯片控制器的輸入端連接陀螺儀，通過陀螺儀模塊測量實時角度數(shù)據(jù)反饋給主芯片控制器，主芯片控制器發(fā)送PWM波控制無刷電機旋轉(zhuǎn)改變直升機姿態(tài)。在主芯片控制器上連接有鍵盤用于控制的輸入。
[0017]主芯片控制器為32位的STM32F103C8T6芯片。
[0018]陀螺儀為可提供三軸角加速度和角速度的MPU-6050陀螺儀?；诙杂啥戎鄙龣C的運動模型
[0019]前螺旋槳直徑20.32英寸，提供俯仰方向升力；后螺旋槳直徑15.24英寸，提供水平角度旋轉(zhuǎn)力；采用無刷電機作為動力源。
[0020]液晶顯示屏采用n5110顯示屏顯示角度數(shù)據(jù)。
[0021]主芯片控制器的核心為單片機。
[0022]在控制結(jié)構(gòu)作用下，前后兩個螺旋槳由分別由兩個直流電動機直接驅(qū)動，由空氣動力學(xué)知識得知，電機轉(zhuǎn)動會在主旋翼上產(chǎn)生升力，使主旋翼上升，尾槳兩側(cè)也會一定的偏轉(zhuǎn)力，使得尾槳也運動。當發(fā)生了角度偏轉(zhuǎn)之后，俯仰軸和偏航軸角度采用MPU6050模塊的DMP技術(shù)實現(xiàn)精確測量，將它采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，結(jié)果再反饋給控制中心，進而進行角度修正。
[0023]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于二自由度直升機的運動模型，其特征在于，包括機械結(jié)構(gòu)以及控制結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)由模型機身和金屬底座組成，具有位于機頭的前螺旋槳與位于機尾的后螺旋槳，前螺旋槳與后螺旋槳互相垂直，并且由外殼保護，防止外界對它的干擾也避免槳片高速旋轉(zhuǎn)時可能對周圍產(chǎn)生的傷害，前螺旋槳以水平面為旋轉(zhuǎn)平面，后螺旋槳則以沿著機身方向的鉛垂面為旋轉(zhuǎn)平面，分別控制直升機模型的俯仰方向和偏航方向的運動姿態(tài)。2.如權(quán)利要求1所述的基于二自由度直升機的運動模型，其特征在于，該模型的控制結(jié)構(gòu)包含有主芯片控制器，陀螺儀，液晶顯示屏，無刷電調(diào)、無刷電機，其中由PC機通過串口通訊連接主芯片控制器，主芯片控制器的輸出端通過兩個無刷電調(diào)分別連接有無刷電機，其中一個無刷電機連接有作為主旋翼的前螺旋槳，另一個無刷電機連接有作為尾漿的后螺旋槳，主芯片控制器的輸入端連接陀螺儀，通過陀螺儀模塊測量實時角度數(shù)據(jù)反饋給主芯片控制器，主芯片控制器發(fā)送PWM波控制無刷電機旋轉(zhuǎn)改變直升機姿態(tài)。3.如權(quán)利要求2所述的基于二自由度直升機的運動模型，其特征在于，主芯片控制器為 32 位的 STM32F103C8T6 芯片。4.如權(quán)利要求2所述的基于二自由度直升機的運動模型，其特征在于，陀螺儀為可提供三軸角加速度和角速度的MPU-6050陀螺儀。5.如權(quán)利要求2所述的基于二自由度直升機的運動模型，其特征在于，前螺旋槳直徑20.32cm，提供俯仰方向升力；后螺旋槳直徑15.24cm，提供水平角度旋轉(zhuǎn)力；采用無刷電機作為動力源。6.如權(quán)利要求2所述的基于二自由度直升機的運動模型，其特征在于，液晶顯示屏采用n5110顯示屏顯示角度數(shù)據(jù)。7.如權(quán)利要求2所述的基于二自由度直升機的運動模型，其特征在于，主芯片控制器的核心為單片機。
【專利摘要】本實用新型涉及直升機控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于二自由度直升機的運動模型。包括機械結(jié)構(gòu)以及控制結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)由模型機身和金屬底座組成，具有位于機頭的前螺旋槳與位于機尾的后螺旋槳，前螺旋槳與后螺旋槳互相垂直，并且由外殼保護，防止外界對它的干擾也避免槳片高速旋轉(zhuǎn)時可能對周圍產(chǎn)生的傷害，前螺旋槳以水平面為旋轉(zhuǎn)平面，后螺旋槳則以沿著機身方向的鉛垂面為旋轉(zhuǎn)平面，分別控制直升機模型的俯仰方向和偏航方向的運動姿態(tài)。解決直升機試驗存在的成本高、危險性大等【背景技術(shù)】中的缺點，大大減少了危險性，節(jié)約了大量成本。
【IPC分類】A63H27/133, A63H27/18, A63H27/24
【公開號】CN204815678
【申請?zhí)枴緾N201520528049
【發(fā)明人】于曉蔓, 陳友聰, 馬東旭
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月21日