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Quanser Aero 2
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便携式两自由度直升机及其数字孪生
Aero 2 and QLabs Virtual Aero 2

       Quanser Aero 2 是一个集成各组件于一体的双电机航空实验系统。主要用于本科机电一体化和控制理论的教学，以及航空航天系统的研究应用。
      该实验系统可以用来重构多种航空器控制实验，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 2 可以任意选择配置个人计算机或单片机（如：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，让学生参与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。

Quanser Aero 2 有两种不同的容易更换的接口面板：
       Quanser Aero 2 USB（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 2 USB可以运行在兼容 MATLAB/Simulink 的 QUARC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 2 Embedded（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 2 实验装置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
  • 高度集成一体化的系统
  • 高效的无芯直流电机
  • 高分辨率的光学编码器
  • 通过数字转速表测量俯仰、偏航轴的角度以及直流电机的转速
  • 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LED
  • 易于连接的电缆和连接器
  • 灵活的QFLEX 2计算接口，可选USB连接或者SPI连接
  • 开放式控制器设计，用户可根据需要设计控制器
  • 完全兼容Matlab®/Simulink®
  • 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 2 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
 
实验课件                
硬件集成
2 自由度直升机
单螺旋桨速度控制
      - 建模
单自由度姿态角控制
      - 线性状态空间
      - PID 控制器设计
      - 状态反馈控制
      - IMU介绍
      - 动态耦合
      - 传递函数建模和模型验证
半四旋翼系统
      - 系统识别
      - 建模
      - 增益调节
      - 偏航控制

      - 卡尔曼滤波

设备参数
设备尺寸 (D x W x H)
18 cm x 52 cm x 40 cm
操作空间 (D x W x H)52 cm x 52 cm x 62 cm
设备重量4.7 kg
俯仰角范围90° (± 45° from horizontal)
偏航角范围360° Continuous
俯仰角编码器精度2880 counts/revolution
偏航角编码器精度 4096 counts/revolution
螺旋桨推力常数5 x 10^-4 N-s/rad
惯性推力常数0 .042 Nm/A
惯性测量单元 (IMU)IIM-42652 Compact 6-Axis MEMS Device
三轴陀螺仪量程± 500 dps
三轴加速度计量程 ± 2g


便携式两自由度直升机数字孪生  QLabs Virtual Aero 2

       QLabs Virtual Aero 2是Aero 2经典Quanser 双旋翼控制系统的一个完全仪器化、动态精确的虚拟孪生。它的操作方式与物理硬件相同，完全兼容MATLAB/Simulink，可以使用MATLAB/Simulink和其它开发环境进行虚拟旋翼的测量和控制，数据实时交互，可在MATLAB/Simulink中实时更改数据，观察虚拟旋翼的动态变化。使用者在传统实验的基础上开展更多的创新实验，将可信、真实的基于模型的实验室体验带入远程和在线航空航天与控制系统课程中。

       QLabs Virtual Aero 2提供12个月的多座位订阅。该平台与物理Quanser AERO 2课程兼容，该课程涵盖建模、系统识别、姿态和速度控制、PID控制、增益调节、状态反馈控制、耦合动力学和卡尔曼滤波等概念。    

课程
  • 硬件交互
  • 单螺旋桨速度控制
  • 极点配置状态反馈平衡控制
  • 1自由度姿态控制配置
     PID控制
     IMU简介
     使用传递函数进行建模和模型验证
     系统标识
     增益调节
  • 2自由度直升机配置
     建模
     线性状态空间
     状态反馈控制
     耦合动力学
  • 半四转子配置
     建模
     偏航控制
     卡尔曼滤波器

规格
  • 应用程序下载：Quanser学术网站
  • 操作系统：Microsoft Windows 10或更高版本
  • 支持软件：MATLAB和Simulink R2021a或更高版本、python 3
  • 最低系统：视频卡：Intel HD 520或等效DX11 GPU
     处理器：Core i5-6300U系列或同等产品
     内存：8 GB RAM
  • 建议系统：视频卡：Intel UHD 620或同等GPU
     处理器：Core i7-8665U系列或同等产品
     内存：16 GB RAM
  • 至少满足300人同时在线使用

近期部分TOP文章
（便携式两自由度直升机）
2023年

期刊名称
论文名称
作者
Automatica
Adaptive quantized fault-tolerant control of a 2-DOF helicopter system with actuator fault and unknown dead zone
Z. Zhao, 
J. Zhang, 
Z. Liu, 
W. He, 
K. Hong
IEEE Transactions on  Systems
Adaptive Broad Learning Neural Network for Fault-Tolerant Control of 2-DOF Helicopter Systems
ZhijiaZhao，Tao Zou，Tong Zhang

2022年

期刊名称
论文名称
作者
IEEE Transactions on Automation Science and Engineering
Reinforcement Learning Control for a 2-DOF Helicopter With State Constraints: Theory and Experiments
Z. Zhao, 
W. He, 
C. Mu, 
T. Zou, 
K. Hong, 
H. Li
IEEE Transactions on Industrial Electronics
Performance-Boosting Attitude Control for 2-DOF Helicopter Applications via Surface Stabilization Approach | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore
Seok-Kyoon Kim
IEEE Transactions on Industrial Informatics
Order Reduction Approach to Velocity Sensorless Performance Recovery PD-type Attitude Stabilizer for 2-DOF Helicopter Applications
S. K. Kim, 
K. S.. Kim, 
C.. K. Ahn
IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
Adaptive Neural Network Control of an Uncertain 2-DOF Helicopter With Unknown Backlash-Like Hysteresis and Output Constraints
Z. Zhao, 
J. Zhang, 
Z. Liu, 
C. Mu, 
K. Hong
ISA Transactions
A controller design method for high-order unstable linear time-invariant systems
G. Shi, 
Z. Gao, 
Y. Chen, 
D. Li,
 Y. Ding

2021年

期刊名称
论文名称
作者
IEEE Transactions on Industrial Electronics
Adaptive Attitude Control of a Rigid Body with Input and Output Quantization
Siri Marte Schlanbusch; Jing Zhou; Rune Schlanbusch
Performance-Boosting Attitude Control for 2-DOF Helicopter Applications via Surface Stabilization Approach
S. K. Kim, 
C. K. Ahn
International Journal of Robust and Nonlinear Control
An alternative to proportional-integral and proportional-integral-derivative regulators: Intelligent proportional-derivative regulators
M. Fliess; 
C. Join