[發(fā)明專(zhuān)利]一種三自由度飛行控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010060958.5
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111127978A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋偉;盛守照;姜斌;蘭庭信;滕飛;傅春嘯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G09B9/08
• 分類(lèi)號(hào): G09B9/08;G09B9/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴(yán)龍

本發(fā)明的一種三自由度飛行控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將四旋翼飛行器設(shè)置在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的十字絞上，在四旋翼飛行器的幾何中心處，設(shè)置有飛行控制板用來(lái)完成對(duì)四旋翼飛行器的控制，整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)外部從下往上分別為底座、搬運(yùn)手把、安裝板、罩殼、托板、十字絞、無(wú)人機(jī)安裝板；內(nèi)部從下往上分別為控制器安裝板、電缸、方位軸座、圓法蘭直線軸承、導(dǎo)電環(huán)底板、導(dǎo)電環(huán)主軸、導(dǎo)電環(huán)外殼，其中電缸的升降帶動(dòng)托板上下移動(dòng)來(lái)限制姿態(tài)角度范圍，無(wú)人機(jī)安裝板通過(guò)軸連接編碼器，其反饋角度用來(lái)做航向角的補(bǔ)償。本發(fā)明作為開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件平臺(tái)，結(jié)構(gòu)小巧，空間布局合理，能緊密聯(lián)系課堂教學(xué)，體現(xiàn)自動(dòng)控制原理各主要理論的物理意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器飛行模擬教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三自由度飛行控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

背景技術(shù)

四旋翼無(wú)人機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，飛行靈活，適合復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)，能在近地面環(huán)境執(zhí)行巡查、監(jiān)測(cè)等任務(wù)，可用于軍事和民用。四旋翼無(wú)人機(jī)可以通過(guò)遠(yuǎn)程遙控設(shè)備控制飛行，與載人飛機(jī)相比，它具有體積適中、造價(jià)低廉、使用方便的特點(diǎn)。與其他無(wú)人機(jī)相比它機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，滯空能力強(qiáng)，靜態(tài)飛行、低速飛行特性好，可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種飛行姿態(tài)。應(yīng)用于軍事上，可配備相機(jī)或者攝像機(jī)，完成低空的偵察任務(wù)，監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行損傷評(píng)估等。

四旋翼飛行器的整體結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)簡(jiǎn)易，但是作為一個(gè)多輸入多輸出的控制系統(tǒng)，空氣動(dòng)力學(xué)特性復(fù)雜，系統(tǒng)建模也相對(duì)困難，外部的干擾更是增加了對(duì)其控制的算法的要求。而且它也是一個(gè)多學(xué)科的技術(shù)綜合體，涉及到剛體動(dòng)力學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)，控制，檢測(cè)，信息等學(xué)科。

目前，多數(shù)高校及科研機(jī)構(gòu)采用純數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)的方法模擬飛行器的飛行，這樣的實(shí)驗(yàn)手段雖高效便捷，但由于其難于真實(shí)地展現(xiàn)復(fù)雜多變的實(shí)際情況，使仿真結(jié)果的置信度大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了避免純數(shù)值仿真所帶來(lái)的弊端，而建立了一種三自由度飛行控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，同時(shí)也克服了實(shí)物飛行試驗(yàn)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)大、成本高等缺點(diǎn)，功能完善、操作簡(jiǎn)單，對(duì)于學(xué)生能更好地理解這一控制系統(tǒng)，提高動(dòng)手能力、增強(qiáng)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)也具有重要意義。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種三自由度飛行控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括底座，控制器安裝板、安裝板、罩殼、托板、電缸、導(dǎo)軌、圓法蘭直線軸承、方位軸座、旋轉(zhuǎn)編碼器、導(dǎo)電滑環(huán)、十字絞下叉、十字絞上叉、十字絞、無(wú)人機(jī)安裝板；

所述底座上具有上部開(kāi)口的筒罩，所述安裝板安裝于該筒罩開(kāi)口處，所述罩殼安裝在安裝板上，所述底座、筒罩、安裝板、罩殼通過(guò)安裝為一個(gè)整體；

所述罩殼頂部上以及安裝板上各開(kāi)設(shè)有四個(gè)上下對(duì)應(yīng)的通孔，一個(gè)電缸以及三個(gè)圓法蘭直線軸承對(duì)應(yīng)固定一個(gè)安裝板的通孔處，每個(gè)圓法蘭直線軸承內(nèi)設(shè)有一根導(dǎo)軌，所述電缸的電缸軸穿過(guò)罩殼頂部的通孔，所述導(dǎo)軌也穿過(guò)罩殼頂部的通孔，位于罩殼外的電缸軸和導(dǎo)軌均連接托板；

所述方位軸座安裝在安裝板的上部，所述旋轉(zhuǎn)編碼器位于方位軸座內(nèi)部；

所述罩殼頂部的中心位置以及托板的中心位置各開(kāi)設(shè)有一個(gè)通孔，所述導(dǎo)電滑環(huán)貫穿上述兩個(gè)通孔，且導(dǎo)電滑環(huán)固定在方位軸座上，所述導(dǎo)電滑環(huán)包括導(dǎo)電環(huán)底板、導(dǎo)電環(huán)主軸、導(dǎo)電環(huán)外殼，所述導(dǎo)電環(huán)主軸固定在方位軸座上，導(dǎo)電環(huán)底板位于導(dǎo)電環(huán)主軸下端，導(dǎo)電環(huán)外殼位于導(dǎo)電環(huán)主軸外部；

所述十字絞下叉安裝在導(dǎo)電環(huán)主軸上端，所述十字絞上叉位于十字絞下叉上部，兩者之間通過(guò)十字絞活動(dòng)連接，所述無(wú)人機(jī)安裝板安裝在十字絞上叉上，所述無(wú)人機(jī)固定在無(wú)人機(jī)安裝板上；所述托板的通孔大于十字絞下叉和十字絞上叉，托板可接觸無(wú)人機(jī)安裝板。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述底座上還設(shè)有搬運(yùn)手把，搬運(yùn)手把位于筒罩外圍。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述筒罩內(nèi)的底座上設(shè)有控制器安裝板，控制器安裝板上具有電缸驅(qū)動(dòng)器及數(shù)據(jù)采集板。