固定翼飛機(jī)豎直飛行控制系統(tǒng)方案設(shè)計

引言

　　固定翼飛機(jī)水平飛行是最常見的飛行狀態(tài)，讓其做大仰角飛行則動作不能一直保持，如讓其垂直于地面飛行能保持的時間則更短。本項目要實現(xiàn)的是一個可以讓飛機(jī)垂直于地面飛行并可以穩(wěn)定在固定高度的控制系統(tǒng)。利用在機(jī)身加入的三軸向加速度傳感器來檢測垂直于地面飛行的飛機(jī)的姿態(tài)。當(dāng)檢測到飛機(jī)前后搖擺時，控制水平尾翼使飛機(jī)保持前后方向的穩(wěn)定性；當(dāng)檢測到飛機(jī)左右搖擺時，控制垂直尾翼使飛機(jī)保持左右方向的穩(wěn)定性；當(dāng)檢測到飛機(jī)上下竄動時，控制油門的大小（即螺旋槳的轉(zhuǎn)速）來保持飛機(jī)飛行高度的穩(wěn)定性。當(dāng)這些控制都很精準(zhǔn)到位時，固定翼飛機(jī)也可以像直升機(jī)一樣穩(wěn)穩(wěn)地懸停在空中了。利用本文設(shè)計的控制系統(tǒng)可以讓飛機(jī)在做垂直飛行減速的同時順時針或逆時針轉(zhuǎn)90°（投影面積很?。?，這樣就可以減小暴露給后面飛機(jī)的投影面積，減小被擊中的幾率。

設(shè)計概述

　　為了讓飛機(jī)能豎直飛行，控制電路需要有以下功能：

　　判斷飛機(jī)是否要豎直飛行 對于真飛機(jī)，它可能只是一個可防止誤觸發(fā)的撥動開關(guān)；在本項目的實驗品遙控飛機(jī)里，它就是某一個通道的脈寬信號。當(dāng)脈寬大于某一設(shè)定值時，控制電路就知道它該上場了。

　　判斷自身姿態(tài) 這是本控制電路的核心部分之一，在控制飛機(jī)保持豎直飛行之前必須先判斷自身的姿態(tài)。本項目用MMA7260QT傳感器檢測飛機(jī)的姿態(tài)。

　　控制 這是本項目設(shè)計制作過程中最耗時的部分，但其原理很容易理解：姿態(tài)電路已經(jīng)了解了飛機(jī)的姿態(tài)，控制電路只要做相應(yīng)動作就可以了。飛機(jī)前傾它就讓飛機(jī)向前移動一些，后傾就向后移動一些。還有一個需要控制的量——高度，飛機(jī)在做此動作時高度是要保持穩(wěn)定的，機(jī)身上沖時要減小油門，下降時要加大油門。要完成如此控制，要用兩片MC9S08QG8。為了達(dá)到上述功能，本項目應(yīng)有如圖1所示的電路框圖。

　　選用兩片MC9S08QG8是因為在本項目里有兩處對時間要求比較嚴(yán)格的地方：一是讀從遙控器送出的脈寬；二是把經(jīng)過運(yùn)算的脈寬精確地發(fā)送出去，兩處都要10μS以內(nèi)的誤差，如用一片來做即使用中斷也會有沖突。本項目里兩片MC9S08QG8工作的大體分配是：一片作為主控，用于讀取遙控器送來的由接收機(jī)收到的脈寬（高實時性）、讀取飛機(jī)姿態(tài)（低實時性）、控制運(yùn)算（PID運(yùn)算）和數(shù)據(jù)發(fā)送（把需要對飛機(jī)如何控制的數(shù)據(jù)，也就是PID運(yùn)算的結(jié)果送給另一片MCU）；另外一片作為輔助，只要把讀到的數(shù)據(jù)實時發(fā)給飛機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就可以了。

硬件描述

　　硬件電路如圖2所示。