便携式两自由度直升机
AERO

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可重构动态元件的双转子航空控制系统
开放的机电工程控制平台
Quanser AERO是一个集成各组件于一体满足实验室使用需求的系统。主要用于本科机电一体化控制理论的教学,以及航空航天系统的研究应用。
系统可以用来重构多种的航空器控制实验,如单自由度姿态控制,2自由度直升机控制以及半四旋翼控制系统。系统整合了Quanser开发的QFLEX 2计算机接口技术,同时Quanser AERO可以任意选择配置个人计算机或单片机(如:NI myRIO、Ardulno、Raspberry PI.) 以及相应的课程材料。该设备可用于建立一个先进的机电一体化控制教学实验室,让学生做各种控制算法设计和创新项目,并在高质量、高精密的平台上验证所要研究的内容。
 
工作原理
Quanser AERO系统是由直流电动机驱动的两个螺旋桨构成的直升机模型,并装在一个固定底座上组成。模型采用轻量化设计,使得系统能够得到更快的响应。底座集成了功放,电流传感器,数据采集设备和一个可以更换的QFLEX 2接口面板。
系统包含一个滑环组件,使其可以进行完整的360度旋转。使用高分辨率光学编码器测量俯仰和偏航角度,俯仰和偏航角度可以单独锁定。螺旋桨的角度也可以在水平和垂直位置间自由调整。
两个螺旋桨用于展示不同设置下螺旋桨的效率和交叉耦合效应。螺旋桨电机装有光学编码器用于测量电机转速,电机的电流和电压传感器可以用于在实验中监控电力消耗。
惯性测量单元(IMU)板包含加速度计和陀螺仪传感器,可以对编码器测量的俯仰和偏航角度进行校正。
底座有一个用户可控的3色LED发光带,可以编辑显示状态,电源连接或者其他控制参数特征。
Quanser AERO可以配置各种航空系统(1自由度姿态控制,2自由度直升机控制以及半四旋翼控制系统)和实验 (例如单自由度俯仰系统建模等)
 
Quanser AERO组件解决方案
 
  • Quanser AERO的QFLEX 2接口面板可供选择(USB或者嵌入式)
  • Quanser控制软件(Quanser AERO USB实验):
  • 兼容 MATLAB/Simulink 的 QUARC 软件或兼容 LabVIEW 的 QRCP 软件
  • 完整的动态模型和预设的控制器
  • 符合ABET 标准的数字媒体课件(Quanser AERO USB实验)
  • Arduino实例和接口数据表(Quanser AERO嵌入式实验)
  • *MATLAB/Simulink 和 LabVIEW 软件由用户自备
 
Quanser AERO 面板选项
Quanser AERO 有两种不同的容易更换的接口面板:
  • Quanser AERO USB实验(QFLEX 2 USB 面板),Quanser控制软件通过USB2.0接口运行在实验室个人计算机上。Quanser AERO USB可以运行在兼容 MATLAB/Simulink 的 QUARC软件,或者兼容 LabVIEW 的 QRCP 软件。使用USB版本,可以为控制基础课程和项目充分利用综合课程材料和实验。
  • Quanser AERO Embedded实验(QFLEX 2 嵌入式 面板),通过SPI连接单片机接口(不包含实验),不需要额外的软件。这个板面适合让学生接触各种单片机技术,以及最终的机电一体化控制项目或其他类似项目。
Quanser AERO实验包含一个可选的接口面板,也可单独购买附加接口面板
 
 
系统详述
 
特点
 
  • 集成一体化系统
  • 高效的无铁芯电机
  • 高分辨率的光学编码器测量俯仰、偏航轴的角度以及直流电机转速
  • 内置电压放大器和电流传感器
  • 集成数据采集设备(DAQ)
  • 用户可控的三色发光LED
  • 易于连接的电缆和连接器
  • QFLEX 2具有可选择计算接口,USB连接或者SPI连接
  • 开放式控制器设计,用户根据需要设计控制器
  • 完全兼容Matlab/Simulink和LabVIEW
  • 提供完整的系统模型和参数
  • 提供ABET标准的数字媒体课件
  • 提供Quanser AERO Embedded 的单片机实例和接口数据表
  • 提供额外的社区共享资源www.quansershare.com
 
课件内容
Quanser AERO USB课件内容包括符合ABET标准的教师和学生手册
教师和学生教材                     
硬件集成
- 执行器传感器与电脑交互
单螺旋桨速度控制
- 补偿器设计
单自由度姿态角控制
- PID 控制器设计
- IMU介绍
- 传递函数建模
- 系统辨识
- 增益调节
实验手册
2 自由度直升机
- 建模
- 线性状态方程
- 状态反馈控制
- 动态耦合
半四旋翼系统
- 建模
- 偏航控制
- 卡尔曼滤波
 
设备参数
                                                             
装置重量                                       3.6 kg
装置高度(螺旋桨在平行位置)     35.6 cm
长度                                              51 cm
底座尺寸(W x L x H)                     17.8 cm x 17.8 cm x 7 cm
螺旋桨直径                                   12.7 cm
偏航角范围                                   360  度
俯仰角范围                                   124  度
俯仰编码器精度(倍频后)                512 counts/rev
偏航角编码器精度(倍频后)            1024 counts/rev.
电机电流力矩常数                         57.7  Nm/A
三轴陀螺测量范围                        ±245 dps
三轴加速度计测量范围                 ±2 g
接口选择:                        QFLEX 2 USB            USB2.0
                                         QFLEX 2 Embedded        SPI