四軸飛行器控制系統(tǒng)教材

1、四軸飛行器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)組長：組長： 蔣盛鋒蔣盛鋒組員：組員： 江義江義 余國良余國良 袁續(xù)凱袁續(xù)凱 趙梓喬趙梓喬20132013年年1010月月2222號(hào)號(hào)分工與合作 蔣盛鋒：四軸飛行器網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的綜述蔣盛鋒：四軸飛行器網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的綜述 江義：基于江義：基于wifiwifi的無線視頻通信的無線視頻通信 余國良：基于余國良：基于zigbeezigbee的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線數(shù)據(jù)傳輸 袁續(xù)凱：機(jī)載中心主控器和四軸控制器之間的袁續(xù)凱：機(jī)載中心主控器和四軸控制器之間的CANCAN通信通信 趙梓喬：四軸飛行器的導(dǎo)航與電機(jī)控制趙梓喬：四軸飛行器的導(dǎo)航與電機(jī)控制四軸飛行器概述 四軸飛行器同時(shí)也叫四旋翼無人飛行

2、器、四旋翼無人機(jī)，國外又稱（Four-rotor，4 rotors helicopter，X4-flyer，Quad-rotor）等等，是一種能夠垂直起降的飛行器，它具有四個(gè)螺旋槳，并且四個(gè)螺旋槳呈十字形結(jié)構(gòu)分布。由于尺寸較小、重量較輕、適合攜帶，具備自主導(dǎo)航飛行能力。所以適用于在復(fù)雜、危險(xiǎn)的環(huán)境下完成特定的飛行任務(wù)，同樣也可以用于娛樂。四軸飛行器飛行原理 四軸飛行器通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器在空間共有 6 個(gè)自由度（分別沿 3 個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作），這 6 個(gè)自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分

3、別是：（1）垂直運(yùn)動(dòng)；（2）俯仰運(yùn)動(dòng)；（3）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；（4）偏航運(yùn)動(dòng)；（5）前后運(yùn)動(dòng)；（6）側(cè)向運(yùn)動(dòng)。四軸飛行器飛行原理系統(tǒng)總體框圖無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的比較wifi的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如PDA、手機(jī))等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。簡單來說其實(shí)就是IEEE802.11的別稱，但是WI-FI只使用了802.11的媒體訪問控制層（MAC）和物理層（PHY）。下圖為IEEE802.11邏輯結(jié)構(gòu)。MAC層的目的是在LLC(邏輯鏈路控制)層的支持下為共享介質(zhì)物理層提供訪問控制功能(如尋址方式、訪問協(xié)調(diào)、幀校驗(yàn)序列生成的檢查，以及LLCPDU定界等)物理層主要解決適應(yīng)WLAN信道

4、特性的高效而可靠的數(shù)據(jù)傳輸問題，并向上層提供必要的支持與響應(yīng)wifi的傳輸框圖 本系統(tǒng)通過UART把攝像頭和USR-wifi232連接起來。USR-wifi232作為STA，工作在橋接模式。模塊連接到AP后，這樣所有USR-wifi232上的數(shù)據(jù)都可由數(shù)據(jù)接收終端來管理。wifi的協(xié)議傳輸模式流程 wifi的協(xié)議傳輸流程主要分為：用戶設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)和用戶設(shè)備請(qǐng)求模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。下面將分別介紹：用戶發(fā)送數(shù)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)到模塊：據(jù)到模塊：模塊發(fā)送數(shù)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到用戶：據(jù)到用戶：Zigbee網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)應(yīng)用層由 APS 子層(應(yīng)用支持子層)，ZDO(ZigBee 設(shè)備對(duì)象包括ZDO 管理平臺(tái))，廠商定義的

5、應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)層中包括數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體(NLDE)和管理服務(wù)實(shí)體(NLME)兩個(gè)服務(wù)實(shí)體。MAC 層主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、CSMA-CA 信道訪問機(jī)制、支持PAN 的關(guān)聯(lián)和解關(guān)聯(lián)操作、處理和維護(hù)保證時(shí)隙機(jī)制。IEEE802.15.4 物理層定義了 868MHz、915MHz 和 2.4GHz 三個(gè)頻段ZigBee 通常不能同時(shí)兼容這三個(gè)頻段，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備使用地的規(guī)定來選擇ZigBee 設(shè)備。CC2420通信流程圖 CC2420 的通信過程主要分為 3 部分，分別是初始化部分、發(fā)送部分和接收部分。數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖CC2420通信流程圖數(shù)據(jù)接收流程圖四軸多智能體系統(tǒng)控制問題的描述 將Agent的思想引

6、入四軸無人飛行器系統(tǒng)后,每個(gè)軸的控制器就相當(dāng)于一個(gè)Agent。中心主控制器把其他的四個(gè)軸控制器連接成一個(gè)網(wǎng),并在它們之間建立適當(dāng)?shù)穆?lián)系,表示為AGENT=agentl,agent2, agent3, agent4。 中心主控Agent接到請(qǐng)求后如果發(fā)現(xiàn)該飛行控制任務(wù)可由另一個(gè)或幾個(gè)Agent完成,則可以向這些Agent提出協(xié)作要求,收到合作要求信息的Agent有權(quán)決定是否接受該合作請(qǐng)求,并給中心主控Agent以反饋,如此數(shù)次反復(fù)直至達(dá)成控制目標(biāo)?；诙嘀悄荏w的四軸協(xié)作規(guī)劃 整個(gè)系統(tǒng)的控制策略主要是將中心主控器和四個(gè)旋翼控制器看成一組由5個(gè)智能體組成的多智能體（Agent），由一個(gè)主控智能體進(jìn)行

7、決策,由4個(gè)旋翼智能體相互協(xié)作的完成系統(tǒng)的飛行任務(wù)。 四軸協(xié)同工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各個(gè)智能體之間的信息交流 CAN通信的主體： 1、中心控制智能體和四個(gè)旋翼控制智能體的信息交流; 2、旋翼智能體之間的信息交流 。 信息流的格式要求： 每個(gè)旋翼控制智能體都有獨(dú)立的地址、自身的狀態(tài)信息、群 組信息等等,每個(gè)旋翼控制智能體都可以 得到其它旋翼控制 智能體的狀態(tài)信息,因此信息流的格式定義至少應(yīng)該包括: 1.旋翼控制智能體的ID; 2.群組識(shí)別碼; 3.接收方ID; 4.信息的詳細(xì)描述中心控制智能體和四個(gè)旋翼控制智能體的信息交流格式 Messege=發(fā)送者接收者正文內(nèi)容發(fā)送者=SenderlD 設(shè)中心控制智能體

8、的ID號(hào)定義為0 x10。但由于釆用的CAN總線通信,一次最多只能發(fā)送8個(gè)字節(jié),而且中心控制智能體只有一個(gè),因此由于數(shù)據(jù)長度的限制,中心主控智能體作為發(fā)送者的ID號(hào)省略。 接收者=ReceiverlD 中心主控制智能體每次都同時(shí)向四個(gè)旋翼控制智能體發(fā)送信息數(shù)據(jù),因此在此處的ReceiverlD分別為系統(tǒng)定義的四個(gè)旋翼控制智能體的ID號(hào),即:0 x11, 0 x12, 0 x13 和 0 x14。正文內(nèi)容=旋翼控制器0 x11的PCA_PH旋翼控制器0 x12的PCA-_PH 旋翼控制器0 x13的PCA_PH旋翼控制器0 x14的PCA_PH 在本文中四個(gè)旋翼控制器的的PCA參數(shù),或是地面控制站發(fā)送而來的,或是中心主控智能體經(jīng)過傳感器采集后,通過一定的算法得出的。 例如:系統(tǒng)要求四旋翼飛行器以懸停狀態(tài)飛行。根據(jù)試驗(yàn)測得飛行器懸停狀態(tài)的飛行器的PCA參數(shù)依次為: 旋翼控制器0 x11的PCA_PH=0 xF3 , 旋翼控制器0 x12的PCA_PH=OxFl, 旋翼控制器0 x13的PCA_PH=OxF3, 旋翼控制器0 x14的PCA_PH=OxFl,則地面控制站只要通過上位機(jī)操作軟件發(fā)送數(shù)據(jù)流為:Ox 11 Ox12 Ox13 Ox14 OxF3 OxF1 OxF3 OxF1。中心控制智能體和四個(gè)旋翼控制智能體的信息交流格式 視覺/慣性全自主導(dǎo)航基本流程圖