בקרת טיסה בזמן אמת: כיול חיישנים משובצים ורכישת נתונים
מקור: אלה מ. אטקינס, המחלקה להנדסת אוירונוטיקה וחלל, אוניברסיטת מישיגן, אן ארבור, MI
סקירה
טייס אוטומטי מאפשר לייצב את המטוסים באמצעות נתונים שנאספו מחיישנים מובנים המודדים את כיוון המטוס, את מהירותו הזוויתית ואת מהירות האוויר. ניתן להתאים כמויות אלה על ידי הטייס האוטומטי כך שהמטוס עוקב באופן אוטומטי אחר תוכנית טיסה מהשגרה (המראה) דרך התאוששות (נחיתה). נתוני חיישנים דומים נאספים כדי לשלוט בכל סוגי המטוסים, ממטוסי תובלה מסחריים גדולים בעלי כנף קבועה ועד מסוקים מרובי רוטור בקנה מידה קטן, כגון רחפן עם ארבע יחידות מדחפים.
עם מיקום אינרציאלי ומהירות שנתפסו על ידי חיישן כגון מערכת המיקום הגלובלית (GPS), מערכת בקרת הטיסה בזמן אמת מאפשרת למטוס רב-תכליתי או בעל כנף קבועה לייצב את גישתו ואת מהירות האוויר שלו כדי לעקוב אחר מסלול שנקבע. שילוב חיישנים, כיול, רכישת נתונים וסינון אותות הם תנאים מוקדמים לניסויים בבקרת טיסה.
כאן אנו מתארים חבילת חיישנים המספקת את הנתונים הדרושים לבקרת טיסה. ממשקי אותות ורכישת נתונים בשתי פלטפורמות מחשב מוטבעות שונות מתוארים, וכיול החיישנים מסוכם. מסננים ממוצעים וחציוניים של ערוץ יחיד מוחלים על כל ערוץ נתונים כדי להפחית רעשי אותות בתדר גבוה ולחסל חריגים.
בניסוי זה מודגמת רכישת נתונים וכיול חיישנים לבקרת טיסה בזמן אמת. מספר מאמרים שפורסמו תיארו את עקרונות איסוף ובקרת נתוני החיישנים, ולאחרונה התמקדו בחיישנים לכלי טיס בלתי מאוישים קטנים [כטב"מים) [1-3].
הליך זה ימחיש כיול ואינטגרציה של חיישני IMU ו- ADS עם מחשבי טיסה וידגים את השימוש ברכישת ועיבוד נתוני INS ו- ADS משולבים באמצעות מתקן טיסה חיצוני. בקרת טיסה מקצה לקצה עבור מרובע הפועל במתקן מבחן הטיסה M-Air של אוניברסיטת מישיגן מוצגת.
1. כיול חיישנים: יחידת מדידה אינרציאלית (IMU)
כיול חיישנים הוא היעיל ביותר כאשר הוא מבוצע עם תמיכה מציוד בדיקה באיכות גבוהה. עבור ה- IMU בעל 3 הצירים, כייל את ג'ירו הקצב ומד התאוצה עבור כל ציר בנפרד באמצעות טבלת קצב מדוי
כיול חיישן
דוגמה לתוויה של כיול ג'ירו בקצב מוצגת באיור 8. במקרה זה, הקצב ג'ירו פולט קריאה נומינלית (אפס מהירות) של 2.38 V. נתוני מתח ג'ירו קצב נאספו עבור שש מהירויות סיבוב שונות נמדדו במעלות לשנייה, ועקומה ליניארית התאימה לנתונים אלה. כפי שמוצג, ההתאמה הליניארית מספק...
כאן תיארנו את מערכות החיישנים, רכישת הנתונים ותהליך סינון האותות הנדרשים כדי לאפשר בקרת טיסה בזמן אמת של מטוסי כנף קבועה וכנפיים סיבוביות. צינור נתונים זה הוא מרכיב חיוני של כל מערכות הטייס האוטומטי המאוישות והלא מאוישות. מטוסים מרובים דורשים טייסים אוטומטיים כדי לייצב, ומטוסים מכל הסוגי...
- 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.
- 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.
- 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.
- 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)
- 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.
- Farrell, J. and Barth, M., 1999. The global positioning system and inertial navigation. New York, NY, USA, McGraw-Hill.
- 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.
- 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.
- 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.
- Paret, D. and Fenger, C., 1997. The I2C bus: from theory to practice. John Wiley & Sons, Inc.
- 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.
- 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.
- 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.
- Beard, R.W. and McLain, T.W., 2012. Small unmanned aircraft: Theory and practice. Princeton University Press.
- 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.
- 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.
- Degani, A. and Wiener, E.L., 1993. Cockpit checklists: Concepts, design, and use. Human Factors, 35(2), pp.345-359.
- 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.
(9)Skip to...
Videos from this collection:
Now Playing
בקרת טיסה בזמן אמת: כיול חיישנים משובצים ורכישת נתונים
Aeronautical Engineering
10.0K Views
ביצועים אווירודינמיים של דגם מטוס: DC-6B
Aeronautical Engineering
8.1K Views
אפיון מדחף: שינויים ב-גובה, בקוטר ובמספר הלהב בביצועים
Aeronautical Engineering
26.1K Views
התנהגות חיל האוויר: התפלגות לחץ על כנף קלארק Y-14
Aeronautical Engineering
21.0K Views
ביצועי כנף קלארק Y-14: פריסה של התקנים בעלי הרמה גבוהה (מדפים ולוחות)
Aeronautical Engineering
13.3K Views
שיטת כדור מערבולת: הערכת איכות זרימת מנהרת הרוח
Aeronautical Engineering
8.6K Views
זרימה גלילית צולבת: מדידת התפלגות לחץ והערכת מקדמי גרירה
Aeronautical Engineering
16.1K Views
ניתוח זרבובית: וריאציות במספר ה-Mach ובלחץ לאורך התכנסות וזרבובית מתפצלת
Aeronautical Engineering
37.8K Views
שלירן הדמיה: טכניקה לדמיין תכונות זרימה על קולית
Aeronautical Engineering
11.3K Views
הדמיה של זרימה במנהרת מים: התבוננות במערבולת המובילה מעל כנף דלתא
Aeronautical Engineering
8.0K Views
הדמיה של זרימת צבע פני השטח: שיטה איכותית להתבוננות בדפוסי סטריקלין בזרימה על-קולית
Aeronautical Engineering
4.8K Views
צינור פיטו-סטטי: מכשיר למדידת מהירות זרימת האוויר
Aeronautical Engineering
48.6K Views
אנמומטריית טמפרטורה קבועה: כלי לחקר זרימת שכבת גבול סוערת
Aeronautical Engineering
7.2K Views
מתמר לחץ: כיול באמצעות צינור פיטו-סטטי
Aeronautical Engineering
8.4K Views
אווירודינמיקה רב-תכליתית: אפיון דחף על הקסאקופטר
Aeronautical Engineering
9.1K Views
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved