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Contrôle de vol en temps réel : Étalonnage de capteurs embarqués et acquisition de données

Vue d'ensemble

Source: Ella M. Atkins, Département de génie aérospatial, Université du Michigan, Ann Arbor, MI

vue d'ensemble

Le pilote automatique permet de stabiliser les aéronefs à l'aide des données recueillies à partir de capteurs embarqués qui mesurent l'orientation, la vitesse angulaire et la vitesse de l'avion. Ces quantités peuvent être ajustées par le pilote automatique de sorte que l'avion suit automatiquement un plan de vol du lancement (décollage) jusqu'à la récupération (atterrissage). Des données similaires sur les capteurs sont recueillies pour contrôler tous les types d'aéronefs, des gros avions de transport commercial à voilure fixe aux hélicoptères à rotor multiple à petite échelle, comme le quadricoptère avec quatre propulseurs.

Avec la position inertielle et la vitesse capturées par un capteur tel que le système de positionnement global (GPS), le système de commande de vol en temps réel du pilote automatique permet à un avion multicopter ou à voilure fixe de stabiliser son assiette et sa vitesse de suivre un système prescrit trajectoire. L'intégration des capteurs, l'étalonnage, l'acquisition de données et le filtrage du signal sont des conditions préalables aux expériences de contrôle de vol.

Ici, nous décrivons une suite de capteurs qui fournit les données nécessaires pour le contrôle de vol. Les interfaces de signal et l'acquisition de données sur deux plates-formes informatiques intégrées différentes sont décrites, et l'étalonnage des capteurs est résumé. Des filtres moyens mobiles et médians à un seul canal sont appliqués à chaque canal de données afin de réduire le bruit du signal à haute fréquence et d'éliminer les valeurs aberrantes.

Dans cette expérience, l'acquisition de données et l'étalonnage des capteurs pour le contrôle de vol en temps réel sont démontrés. Plusieurs articles publiés ont décrit les principes de la collecte et du contrôle des données sur les capteurs, et ils se sont récemment concentrés sur les capteurs pour les petits véhicules aériens sans pilote (UAV) [1-3].

Procédure

Cette procédure illustrera l'étalonnage et l'intégration des capteurs IMU et ADS avec les ordinateurs de vol et démontrera l'utilisation de l'acquisition et du traitement intégrés des données INS et ADS dans une installation de vol en plein air. La commande de vol de bout en bout d'un quadrotor opérant dans l'installation d'essais en vol m-air de l'Université du Michigan est démontrée.

1. Calibrage du capteur : Unité de mesure inertielle (IMU)

L'étalo

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Résultats

Calibrage du capteur

Un exemple de parcelle d'étalonnage gyroscographique de taux est montré dans la figure 8. Dans ce cas, le gyro graphique émet une lecture nominale (à vitesse zéro) de 2,38 V. Les données de tension gyrographique de taux ont été recueillies pour six vitesses de rotation différentes mesurées en degrés par seconde, et une courbe linéaire était adaptée à ces données. Comme indiqué, l'ajustement linéaire fournit une très bonne approx...

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Applications et Résumé

Nous avons décrit ici les systèmes de capteurs, l'acquisition de données et le processus de filtrage des signaux requis pour permettre aux aéronefs à voilure fixe et à voilure tournante de contrôler en temps réel les aéronefs en temps réel. Ce pipeline de données est un élément essentiel de tous les systèmes de pilote automatique d'aéronefs habités et sans pilote. Les multicoptères exigent que les pilotes automatiques se stabilisent, et les aéronefs de tous types s'appuient de façon critique sur l'acqu...

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References
  1. Langelaan, J.W., Alley, N., and Neidhoefer, J., 2011. Wind field estimation for small unmanned aerial vehicles. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 34(4), pp.1016-1030.
  2. Hallberg, E., Kaminer, I., and Pascoal, A., 1999. Development of a flight test system for unmanned air vehicles. IEEE Control Systems, 19(1), pp.55-65.
  3. Kim, J.H., Sukkarieh, S., and Wishart, S., 2003. July. Real-time Navigation, Guidance, and Control of a UAV using Low-cost Sensors. In Field and Service Robotics, Springer, pp. 299-309.
  4. Gracey, W., 1956. Wind-tunnel investigation of a number of total-pressure tubes at high angles of attack-subsonic, transonic, and supersonic speeds (No. NACA-TN-3641). National Aeronautics and Space Administration (NASA) Langley Research Center, Hampton, VA. (http://www.dtic.mil/get-tr-doc/pdf?AD=ADA377664)
  5. Morrison, G.L., Schobeiri, M.T., and Pappu, K.R., 1998. Five-hole pressure probe analysis technique. Flow Measurement and Instrumentation, 9(3), pp.153-158.
  6. Farrell, J. and Barth, M., 1999. The global positioning system and inertial navigation. New York, NY, USA, McGraw-Hill.
  7. Enge, P., Walter, T., Pullen, S., Kee, C., Chao, Y.C., and Tsai, Y.J., 1996. Wide area augmentation of the global positioning system. Proceedings of the IEEE, 84(8), pp.1063-1088.
  8. Goodrich, M.A., Morse, B.S., Gerhardt, D., Cooper, J.L., Quigley, M., Adams, J.A., and Humphrey, C., 2008. Supporting wilderness search and rescue using a camera‐equipped mini UAV. Journal of Field Robotics, 25(1‐2), pp.89-110.
  9. Rufa, J.R., and Atkins, E.M., 2016. Unmanned aircraft system navigation in the urban environment: A systems analysis. Journal of Aerospace Information Systems, 13(4), pp.143-160.
  10. Paret, D. and Fenger, C., 1997. The I2C bus: from theory to practice. John Wiley & Sons, Inc.
  11. S. Cesnik, C.E., Senatore, P.J., Su, W., Atkins, E.M., and Shearer, C.M., 2012. X-HALE: A very flexible unmanned aerial vehicle for nonlinear aeroelastic tests. AIAA Journal, 50(12), pp.2820-2833.
  12. Vasconcelos, J.F., Elkaim, G., Silvestre, C., Oliveira, P., and Cardeira, B., 2011. Geometric approach to strapdown magnetometer calibration in sensor frame. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 47(2), pp.1293-1306.
  13. Bovik, A., Huang, T.S., and Munson, D., 1983. A generalization of median filtering using linear combinations of order statistics. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 31(6), pp.1342-1350.
  14. Beard, R.W. and McLain, T.W., 2012. Small unmanned aircraft: Theory and practice. Princeton University Press.
  15. Yeo, D., Shrestha, E., Paley, D.A., and Atkins, E.M., 2015. An empirical model of rotorcraft UAV downwash for disturbance localization and avoidance. In AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, AIAA.
  16. Yeo, D., Sydney, N., and Paley, D.A., 2016. Onboard flow sensing for rotary-wing UAV pitch control in wind. In AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.
  17. Degani, A. and Wiener, E.L., 1993. Cockpit checklists: Concepts, design, and use. Human Factors, 35(2), pp.345-359.
  18. Yeo, D., Henderson, J., and Atkins, E., 2009, August. An aerodynamic data system for small hovering fixed-wing UAS. In AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.
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Concepts

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Calibration of IMU

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Real-time Flight Experiment

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