[发明专利]四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置

说明书

本发明公开了四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置，由底座、底座连接器、主悬架、主悬架连接器、主悬架连接器轴承、偏航‑主悬架连接器、偏航‑主悬架连接器轴承、偏航悬架转轴、偏航悬架、滚转‑偏航悬架连接器、滚转‑偏航悬架连接器轴承、滚转悬架转轴、滚转悬架、滚转悬架轴承、俯仰悬架、俯仰悬架轴承、俯仰悬架转轴、俯仰悬架限位器、四旋翼飞行器、四合一电调板、遥控器接收机、飞行控制器组成。本发明使用四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置代替无人机实物进行飞控系统设计与飞行试验，降低试验危险系数与成本，便于快速重复实验。

技术领域

本发明属于高等学校实验器材、无人机控制领域，特别是涉及四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置。

背景技术

四旋翼飞行器的姿态控制涉及三自由度控制，通常需要在小偏差线性化解耦等措施后对俯仰、滚转、偏航轴进行叠加控制。高等学校自动控制相关专业的实验课需要一种具象的、可控的实验设备，作为学生运用课堂理论知识的工具及编程对象。四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置是一种涉及自动控制原理和飞行器控制的理想实验装置，可同时满足以上两方面的需求。

通过地面实验装置研制四旋翼飞行器的飞行控制系统，可以节约成本、大大降低无人机在飞行测试中的损伤风险，同时便于更改控制律设计、调整控制参数等，是一种四旋翼飞行器飞控系统研制的高效途径。

四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置的电机控制信号为可变占空比的PWM波，以高电平脉宽调制螺旋桨转速，有效脉宽大约在1ms～2ms之间。通过实时控制4个无刷电机的转速，来调整飞行器的当前姿态。

传统的高校自动控制专业实验装置抽象难懂，大都以各种元件搭建一个电路系统，通过单纯的信号输出来模拟系统的控制效果，给学生的理解带来困难。四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置是一种形象具体的实物控制对象，同时结合了现今无人机研究领域的热点，可以激发学生的学习兴趣，在很大程度上改善教学效果。

发明内容

本发明目的是为了解决四旋翼飞行器研发的三自由度姿态控制问题，以及高等学校的自动控制专业实验装置问题，提供了四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置。

本发明通过以下技术方案实现：四旋翼飞行器三自由度姿态控制实验装置，包括底座、底座连接器、主悬架、主悬架连接器、主悬架连接器轴承、偏航-主悬架连接器、偏航-主悬架连接器轴承、偏航悬架转轴、偏航悬架、滚转-偏航悬架连接器、滚转-偏航悬架连接器轴承、滚转悬架转轴、滚转悬架、滚转悬架轴承、俯仰悬架、俯仰悬架轴承、俯仰悬架转轴、四旋翼飞行器、四合一电调板、遥控器接收机和飞行控制器，

所述主悬架连接器轴承安装于所述主悬架连接器内，所述偏航-主悬架连接器轴承安装于所述偏航-主悬架连接器内，所述滚转-偏航悬架连接器轴承安装于所述滚转-偏航悬架连接器内，所述滚转悬架轴承安装于所述滚转悬架内，所述俯仰悬架轴承安装于所述俯仰悬架内，

所述底座通过所述底座连接器连接于所述主悬架的下端，所述主悬架连接器连接于所述主悬架的上端，所述偏航-主悬架连接器轴承通过所述偏航悬架转轴与所述主悬架连接器轴承转动连接，

所述偏航-主悬架连接器与所述偏航悬架的上端连接，所述滚转-偏航悬架连接器与所述偏航悬架的下端连接，所述滚转-偏航悬架连接器轴承通过所述滚转悬架转轴与所述滚转悬架轴承转动连接，

所述滚转悬架为一侧开口设置，所述俯仰悬架转轴安装在所述所述滚转悬架的开口侧，所述俯仰悬架通过所述俯仰悬架轴承与转动连接于所述俯仰悬架转轴上，

所述四旋翼飞行器安装于所述俯仰悬架的下端，所述四合一电调板、遥控器接收机和飞行控制器均安装于所述四旋翼飞行器上，其中，所述遥控器接收机的信号输出端与所述飞行控制器的信号输入端连接，所述飞行控制器的信号输出端与所述四合一电调板的信号输入端连接，所述四合一电调板的信号输出端与所述四旋翼飞行器的信号输入端连接。