无人旋翼机大气数据计算机的设计与集成研究
发布时间：2021-10-23 07:08
大气数据计算机（Air data computer）是指利用飞行器上搭载的各种传感器,采集大气静压、大气动压、总温等原始数据,经解算得出气压高度、空速、升降速度等数据并进行传输的系统,这些大气数据信息的实时测量传输对无人旋翼机的操控飞行具有重要的参考意义。我国现有针对小型无人旋翼机的大气数据测量技术具有一定的技术基础,但是依旧存在测量精度低、数据实时性差、抗干扰能力不足等一系列问题,与发达国家存在一定的技术差距,无法满足无人旋翼机的操控要求。本文通过具体分析无人旋翼机的飞行特性以及控制需求,设计了一种基于数字式MEMS传感器和TMS320F28335芯片的小型大气数据计算机。该测量系统通过数字式MEMS传感器采集无人旋翼机周围原始大气参数,再经过压力、温度补偿、数据滤波等处理之后得出气压高度、温度大小、飞行速度等数据,然后通过RS-485接口实时传输给飞行控制系统。主要内容如下:（1）对大气数据计算机的出现背景、发展史以国内外的研究现状进行了叙述,然后对大气数据计算机的功能、组成以及工作原理进行了详细的介绍;（2）对大气数据计算机的硬件和软件的设计进行了研究和分析,详细描述了对器件的选...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自行设计的无人旋翼机Figure1-1Self-designedunmannedrotorcraft
中北大学学位论文12流层中某一高度的气温为式2-5所示：()HbbT=T+HH（2-5）式中：bT—相应大气温度的下限值；bH—相应层的重力势高度。气温与高度的关系如图2-1所示。图2-1大气温度与高度的关系Figure2-1Relationshipbetweenairtemperatureandaltitude2.1.3大气压力大气压力是指物体单位面积上所受到的大气垂直作用力，用符号P表示，不同高度的静压一般用SP或HP表示。大气压力的产生是由于无数运动着的大气分子不断的对物体表面进行冲击，这就表现为大气对该物体表面施加了一定的力，根据研究证明，在静止的大气中，随意取一高度，气压值相当于在其单位面积上所受到的大气柱重量。以地球表面作为起始点，如果每次向起始点上方增加一段距离，那么在其上面的空气柱就会缩短一部分，这样气压就会下降一部分；如果不断的向上延伸，那么上方的空气柱就会持续变短，气压也就会持续变低，这就是通常所说的随着高度的增加，气压就会持续的降低[24]。如果将大气层作为一个整体进行理解，其实所谓的大气压力随着高度的升高而下降是由于离地表越高的地方，大气层的密度越低，这才是大气压力降低的主要原因，
中北大学学位论文13所以如果处于大气密度较大的地方，气压减小的速度就会快很多，而大气密度本来就小的地方，气压减小的就会慢很多。无人旋翼机飞行的位置一般处于对流层，而影响对流层气压的另外一个因素是温度，距离地表越高的地方温度也会越低，所以气压在气温和密度的双重影响下下降的会比其它地方更快。无人旋翼机飞行过程中，大气数据计算机使用的主要是静压、动压和全压这三种大气压力。(1)静压(HP)：无人旋翼机四周自由空气的压力。是指空气分子在做无规则运动时，单位面积上的大气分子作用在无人旋翼机上力的总和，可以定义为无人旋翼机前方无限远处的来流静压。(2)动压(dP)：气流若发生定向运动就会有动能的产生，当气流遇到驻点时，动能可以转化为压力能和热能，从而压力升高，温度升高[25]。单位面积上升高的压力被称为动压，如式2-6所示。212dHP=v（2-6）式中：H—标准大气下H高度上的空气密度；v—飞行器空速。(3)全压(tP)：静压加动压的数值之和，也可称其为总压，是气流处于驻点时，单位面积上承受的总压力。大气压力与高度的关系如图2-2所示。图2-2大气压力与高度的关系Figure2-2Relationshipbetweenairpressureandaltitude
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TMS320F28335的小型无人旋翼机数据采集系统[J]. 强志鹏,齐明思,张纪平,姬天田,孙起帆,薛洋洋. 计算机系统应用. 2020(04)
[2]基于RS485总线的主从通信方法[J]. 白曦,王俊. 数字通信世界. 2020(02)
[3]基于RS485总线的远程称重终端数据采集系统设计[J]. 许连阁. 昆明冶金高等专科学校学报. 2019(05)
[4]基于自适应指数加权移动平均滤波的快速去雾算法[J]. 梅康,刘小勤,沐超,秦晓琪. 中国激光. 2020(01)
[5]基于滑动滤波方法的学习状态识别技术[J]. 张召海,韩来权,单茗琪. 电气技术. 2019(09)
[6]一种适用于GNSS变形监测的滑动滤波模型[J]. 魏春晓,李博峰. 导航定位学报. 2019(03)
[7]基于STM32F4的一体化飞行控制单元硬件设计[J]. 田新锋. 指挥控制与仿真. 2019(04)
[8]数字类气压传感器测量不确定度评定[J]. 吴丽娜,韩玉婷,赵汀,汪鑫. 气象水文海洋仪器. 2018(04)
[9]滑动平均滤波算法在超声波探伤仪中的应用[J]. 周翔. 武汉职业技术学院学报. 2018(06)
[10]陶瓷压力传感器零点和量程数字调节研究[J]. 陈芒保,徐文. 数字技术与应用. 2018(08)
博士论文
[1]自转式无人旋翼机飞行控制技术研究[D]. 陈淼.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]高精度微小型数字压力传感器及采编系统设计[D]. 梁烁.中北大学 2019
[2]MEMS压力传感器芯片的数字信号调理与设计实现[D]. 黄奇峰.北京工业大学 2019
[3]飞行模拟器电动操纵负荷系统参数辨识与控制研究[D]. 王晓波.中北大学 2019
[4]多总线采集嵌入式实时系统的设计与实现[D]. 曾隆华.电子科技大学 2019
[5]基于DSP的有缆六旋翼飞行控制系统研究[D]. 黄寻.南昌航空大学 2016
[6]无人机的大气数据处理计算系统研究与设计[D]. 郝旭耀.上海应用技术学院 2015
[7]基于Kalman滤波的数字式大气数据计算机实现方法[D]. 许琪.西安电子科技大学 2014
[8]小型无人机大气数据测量系统设计[D]. 朱菲菲.西安电子科技大学 2014
[9]数字式大气数据计算机的软件设计与实现[D]. 马娟.西安电子科技大学 2012
[10]数字式大气数据计算机的设计与实现[D]. 李越峰.西安电子科技大学 2012
本文编号：3452720
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自行设计的无人旋翼机Figure1-1Self-designedunmannedrotorcraft
中北大学学位论文12流层中某一高度的气温为式2-5所示：()HbbT=T+HH（2-5）式中：bT—相应大气温度的下限值；bH—相应层的重力势高度。气温与高度的关系如图2-1所示。图2-1大气温度与高度的关系Figure2-1Relationshipbetweenairtemperatureandaltitude2.1.3大气压力大气压力是指物体单位面积上所受到的大气垂直作用力，用符号P表示，不同高度的静压一般用SP或HP表示。大气压力的产生是由于无数运动着的大气分子不断的对物体表面进行冲击，这就表现为大气对该物体表面施加了一定的力，根据研究证明，在静止的大气中，随意取一高度，气压值相当于在其单位面积上所受到的大气柱重量。以地球表面作为起始点，如果每次向起始点上方增加一段距离，那么在其上面的空气柱就会缩短一部分，这样气压就会下降一部分；如果不断的向上延伸，那么上方的空气柱就会持续变短，气压也就会持续变低，这就是通常所说的随着高度的增加，气压就会持续的降低[24]。如果将大气层作为一个整体进行理解，其实所谓的大气压力随着高度的升高而下降是由于离地表越高的地方，大气层的密度越低，这才是大气压力降低的主要原因，
中北大学学位论文13所以如果处于大气密度较大的地方，气压减小的速度就会快很多，而大气密度本来就小的地方，气压减小的就会慢很多。无人旋翼机飞行的位置一般处于对流层，而影响对流层气压的另外一个因素是温度，距离地表越高的地方温度也会越低，所以气压在气温和密度的双重影响下下降的会比其它地方更快。无人旋翼机飞行过程中，大气数据计算机使用的主要是静压、动压和全压这三种大气压力。(1)静压(HP)：无人旋翼机四周自由空气的压力。是指空气分子在做无规则运动时，单位面积上的大气分子作用在无人旋翼机上力的总和，可以定义为无人旋翼机前方无限远处的来流静压。(2)动压(dP)：气流若发生定向运动就会有动能的产生，当气流遇到驻点时，动能可以转化为压力能和热能，从而压力升高，温度升高[25]。单位面积上升高的压力被称为动压，如式2-6所示。212dHP=v（2-6）式中：H—标准大气下H高度上的空气密度；v—飞行器空速。(3)全压(tP)：静压加动压的数值之和，也可称其为总压，是气流处于驻点时，单位面积上承受的总压力。大气压力与高度的关系如图2-2所示。图2-2大气压力与高度的关系Figure2-2Relationshipbetweenairpressureandaltitude
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TMS320F28335的小型无人旋翼机数据采集系统[J]. 强志鹏,齐明思,张纪平,姬天田,孙起帆,薛洋洋. 计算机系统应用. 2020(04)
[2]基于RS485总线的主从通信方法[J]. 白曦,王俊. 数字通信世界. 2020(02)
[3]基于RS485总线的远程称重终端数据采集系统设计[J]. 许连阁. 昆明冶金高等专科学校学报. 2019(05)
[4]基于自适应指数加权移动平均滤波的快速去雾算法[J]. 梅康,刘小勤,沐超,秦晓琪. 中国激光. 2020(01)
[5]基于滑动滤波方法的学习状态识别技术[J]. 张召海,韩来权,单茗琪. 电气技术. 2019(09)
[6]一种适用于GNSS变形监测的滑动滤波模型[J]. 魏春晓,李博峰. 导航定位学报. 2019(03)
[7]基于STM32F4的一体化飞行控制单元硬件设计[J]. 田新锋. 指挥控制与仿真. 2019(04)
[8]数字类气压传感器测量不确定度评定[J]. 吴丽娜,韩玉婷,赵汀,汪鑫. 气象水文海洋仪器. 2018(04)
[9]滑动平均滤波算法在超声波探伤仪中的应用[J]. 周翔. 武汉职业技术学院学报. 2018(06)
[10]陶瓷压力传感器零点和量程数字调节研究[J]. 陈芒保,徐文. 数字技术与应用. 2018(08)
博士论文
[1]自转式无人旋翼机飞行控制技术研究[D]. 陈淼.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]高精度微小型数字压力传感器及采编系统设计[D]. 梁烁.中北大学 2019
[2]MEMS压力传感器芯片的数字信号调理与设计实现[D]. 黄奇峰.北京工业大学 2019
[3]飞行模拟器电动操纵负荷系统参数辨识与控制研究[D]. 王晓波.中北大学 2019
[4]多总线采集嵌入式实时系统的设计与实现[D]. 曾隆华.电子科技大学 2019
[5]基于DSP的有缆六旋翼飞行控制系统研究[D]. 黄寻.南昌航空大学 2016
[6]无人机的大气数据处理计算系统研究与设计[D]. 郝旭耀.上海应用技术学院 2015
[7]基于Kalman滤波的数字式大气数据计算机实现方法[D]. 许琪.西安电子科技大学 2014
[8]小型无人机大气数据测量系统设计[D]. 朱菲菲.西安电子科技大学 2014
[9]数字式大气数据计算机的软件设计与实现[D]. 马娟.西安电子科技大学 2012
[10]数字式大气数据计算机的设计与实现[D]. 李越峰.西安电子科技大学 2012
本文编号：3452720
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3452720.html
