北京理工大学机电学院国家级重点实验室

一、单位简介

北京理工大学机电学院国家级重点实验室位于北京理工大学9号实验楼，在国防科工局，国防科研基础条件的保障下，近两年投资 6000多万元，拥有先进的实验设备和国内先进的技术，有力保障了项目开展所需的实验空间、分析计算平台和半实物仿真资源。

在研究的硬件平台方面：实验室具有高转速三轴转台及半实物仿真系统、卫星定位模拟与接收机开发系统、舵机负载测试装置、传感器校准设备、动态分析仪、逻辑分析仪等仪器设备，可以为运动模拟，参数测量等科研工作提供便利的实验验证条件。实验室还具有气动式冲击试验机、高速转离心试验机、振动试验机、双环境卧式试验机、温度冲击试验机以及空气炮等设备，具有很好的环境试验条件。

在研究的软件平台方面：实验室具有的较为先进的计算机设计与仿真手段，有 Inventor、Working Model、ANSYS、ADAMS、MATLAB、DYTRAN、FLUENT 等结构设计、动力学分析与仿真、电路分析与设计软件，分析计算与仿真创造了良好的条件。

实验室人员方面：，共有1 名副教授，1 名主管技师，6 名博士研究生（其中 1 名留学博士生）和 5 名硕士研究生。实验室成员在流体力学、编程计算、群智能设计、微流控芯片实验技术方面具有较好的积累。

二、产品简介

共轴双旋翼飞行器是一种装备了必要的数据处理单元、传感器、自动控制器以及通信系统的微小型飞行器，能够在无人干预的情况下完成自主飞行任务。其控制较一般飞行器更为复杂，但共轴双旋翼飞行器能够适应多种复杂的工作环境，特别是一些比较狭小的场所; 能以各种姿态飞行，如悬停、前飞、侧飞和倒飞。共轴双旋翼飞行器在许多方面都具有广阔的应用前景。

飞行增稳控制系统的系统组成为：

飞行增稳控制系统的系统组成

主要技术指标：

共轴双旋翼飞行器的控制系统设计可以分为两步：第一步实现增稳控制；第二步实现导航控制。

增稳控制阶段，主要是实现对飞行器增稳控制。

1、 升降的控制，在升降的过程中不会受干扰跑偏，升降平稳；

2、 悬停的控制，在飞行器悬停时，受到外界干扰仍然能够平稳的悬停在指定位置；

3、 小范围机动，飞行器能够在小范围内可控平稳运动。

导航控制阶段，可在增稳控制的基础上，加入卫星定位模块和一些其它组成部分，使飞行器实现航迹在要求范围内可控。

增稳控制系统主要是由传感单元、存储单元和控制单元组成，可将其集成在一块PCB上，

三、核心技术

该方案的核心主要是控制电路的设计与控制算法的设计增稳控制系统与各模块之间的连接如下图所示：

制算法的设计：

1、姿态获取算法。能够较为准确的测得实际的飞行姿态的信息，滤除干扰信号，进行滤波融合，获得可靠的姿态信息。

2、姿态解算算法。通过惯性测量单元MPU9250和气压计MS5611测得的数据：俯仰角速率，偏航角速率，滚转角速率，机体坐标下的三个方向的加速度，磁航向，高度等，计算出飞行器的飞行姿态，并将得出来的飞行姿态信息传递给姿态控制器。

3、姿态控制算法。将计算得到的姿态信息进行处理，并输出增稳控制信号给舵机与无刷电调（控制无刷电机）。包括对电机M1和电机M2的控制算法，来控制两个叶片的旋转速度；还包括对舵机M3和舵机M4的控制算法，来控制运动方向。

四、应用领域

可以用于飞行器稳定性控制，飞行器姿态控制。

五、应用案例

关于微小型共轴双旋翼飞行器的设计和研究，可以用作一种单兵武器系统，具有上述提到的旋翼飞行器独有的优点，可大幅度的提高单兵作战的空域的侦查和攻击能力。共轴双旋的单轴化结构可以使它便于单兵携带，可垂直起飞并对范围内敌人进行侦查、打击，用以对付轻装甲目标、碉堡和火力点，赋予了步兵在中近距离、快速垂直打击目标的全新能力。