自动化驾驶系统使用说明书_电子版

密级CA2102自动化驾驶系统使用说明书编写/日期：校对/日期：审核/日期：批准/日期：（共17页）航天科工深圳（集团）有限公司电气研究院目录1简介..............................................................11.1系统特色......................................................11.2基本性能参数..................................................11.3物理参数......................................................21.4控制模式......................................................22机载飞控系统......................................................32.1系统框架......................................................42.2模块介绍......................................................42.2.1飞控盒.....................................................42.2.2GPS&磁罗盘................................................52.2.3参数记录仪................................................53地面站软件........................................................63.1系统最低配置..................................................63.2软件介绍......................................................63.2.1菜单栏....................................................63.2.2工具栏....................................................73.2.3HOME点区..................................................73.2.4航迹点区..................................................83.2.5控制面板区................................................93.2.6数据显示区...............................................103.2.7地图显示区................................................103.2.8仪表显示区...............................................113.2.9状态栏...................................................124飞行操作步骤.....................................................135异常情况处理.....................................................15航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第1页共15页1简介CA2102自动驾驶系统是一款集GPS/INS组合导航和自动飞行控制于一体的无人直升机控制系统，可以对无人直升机这类稳定性差、高度耦合的飞行器进行稳定可靠的控制，并实现自动导航飞行。1.1系统特色●重量轻，功耗低，体积小；●使用简单方便，控制精度高；●集成6自由度IMU、高灵敏度GPS、磁场计和气压高度计。采用带GPS修正的15阶扩展卡尔曼滤波组合导航算法，确保姿态、速度、位置数据精度更高；●飞行控制采用H∞鲁棒控制算法，环境适应性更强；●完全实现自主起飞和自动降落功能；●支持6种飞行控制模式：纯手动模式、自主起飞模式、增稳控制模式、航点飞行模式、自动返航模式、自动降落模式；●支持GoogleEarth地图，最多可设置40个航路点；●可设定多种安全保护模式。如通信中断自动返航、接收机信号丢失自动悬停；●飞行中可修改航迹规划点，目标航点可实时修改；●飞行过程中自动进行协调转弯控制。1.2基本性能参数表1-1基本性能参数悬停精度①抗风能力水平方向±2m4级（5.5m/s～7.9m/s）垂直方向±1m注：该参数是在微风（1～2级）状态下的悬停精度，如若在风大的情况下，精度略为降低。航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第2页共15页1.3物理参数●重量●尺寸飞控盒：185克；飞控盒：120mm×70mm×60mm；GPS&磁罗盘：50克；GPS&磁罗盘：100mm×50mm×30mm；参数记录仪：20克；参数记录仪：60mm×40mm×20mm；●使用环境温度：-40℃～+80℃；湿度：5%～95%（非结露）；●电源主电源：锂聚合物电池5000mAh/12V；1.4控制模式【纯手动模式】系统保留了传统的手动控制模式，在这种飞行模式下，操控人员可将飞机作为普通遥控飞机进行操控，但要注意如果手动做过大机动动作后不宜切换到自驾模式飞行。【自主起飞模式】在这种模式下，飞机将以1m/s的垂直速度爬升，到达设定高度（缺省为10米）后，自动进入增稳控制模式。【增稳控制模式】也称为速度控制模式，在这种模式下，用户可以使用航模遥控器、操纵手柄或地面站软件给直升机发送前后、左右、上下以及转向的速度命令，由机载飞控系统进行精确的反馈控制。航模遥控器和操纵手柄的各遥杆对应的命令速度如下：油门杆————垂向速度俯仰杆————前后速度滚转杆————左右速度转向杆————转向角速率每个遥杆的中间位置都有±10%的悬停区，当遥杆位置处于这段悬停区时，航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第3页共15页发出的命令速度全部等于零，飞控进行定点悬停控制。表1-2航模遥控器遥杆对应的最大命令速度前后左右上下转向10m/s－4m/s±4m/s±2m/s±20°/s表1-3操纵手柄遥杆对应的最大命令速度前后左右上下转向5m/s－2m/s±2m/s±1m/s±10°/s表1-4地面站软件可以设置的最大命令速度前后左右上下转向10m/s－4m/s±4m/s±2m/s±20°/s以上三种操控方式可以同时使用，飞机最终收到的命令速度是三者叠加之和，但最大命令速度不会超出地面站软件可以设置的最大命令速度值。【航点飞行模式】在这种飞行模式下，飞机将按照用户设定的航路点依次飞行，飞行过程中用户可随时修改航路点，也可以随时更改期望飞往的目标点。【自动返航模式】在这种模式下，飞机将从当前点开始沿着已经飞过的航路点顺序原路返航。如果航路点的设置高度小于30米，飞机将爬升到30米高度；如果航路点的设置高度大于500米，飞机将下降到500米高度。【自动降落模式】在这种模式下，飞机将以0.5m/s的速度下降。2机载飞控系统机载飞控系统就是安装在飞机上面的部分。包括飞控盒、GPS&磁罗盘、参数记录仪、GPS天线、通讯设备、通讯天线、RC接收机、定速仪、锁尾陀螺仪、电源。航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第4页共15页2.1系统框架飞控盒接收机通讯设备GPS&磁罗盘油门舵机右舵机电源参数记录仪123后舵机定速仪左舵机456锁尾陀螺仪方向舵机1234512345COM1COM2COM3横向纵向油门方向切换图2-1系统框架其中，标配设备包括飞控盒、GPS&磁罗盘、参数记录仪。其他设备由用户自配。2.2模块介绍2.2.1飞控盒硬件系统－核心处理器：浮点型DSP；－接口、逻辑处理器：EPLD；－惯性传感器：带温度补偿的MEMSIMU；软件系统－嵌入式系统：标准C语言，配合硬件资源的调度具有实时性强、运行效率高、可靠性高的特点；－数据预处理：ButterworthFilter、WindowFilter；－导航算法：ExtendKalmanFilter；－控制算法：H；－数据/控制刷新率：50Hz；接口－GPS天线：×1通道；－RS232：×3通道；－CAN2.0b：×1通道；－接收机：×10通道；－舵机：×12通道；－转速：×2通道；航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第5页共15页电源：7～36VDC；功率消耗：230mA@12V；工作温度：-40～80℃；2.2.2GPS&磁罗盘硬件系统－核心处理器：DSP；－传感器：GPS、3轴磁场计、气压高度计；软件系统－数据预处理：ButterworthFilter；－GPS刷新率：4Hz；－3轴磁场计刷新率：10Hz；－气压高度计刷新率：4Hz；接口－RS232：×1通道；－CAN2.0b：×1通道；电源：7～36VDC；功率消耗：60mA@12V；工作温度：-40～80℃；2.2.3参数记录仪硬件系统－核心处理器：单片机；－存储器：Flash；－容量：4GB；接口－RS232：×1通道；－USB：×1通道；电源：4～14VDC；工作温度：-40～80℃；航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第6页共15页3地面站软件地面站软件与飞机进行双向数据通讯，主要有以下作用：监视与控制飞行状态、图形化显示飞行数据、可视化编辑飞行航线、回放飞行数据。3.1系统最低配置PentiumIII，1G；256M内存；Windows98，Me，2000，XP（建议使用XPsp2版本），Vista；RS232串口1个（无串口笔记本使用PCMCIA转串口卡）；3.2软件介绍程序运行的界面如下图所示，整个界面主要划分为以下几个区域：菜单栏、工具栏、Home点区、航迹点区、控制面板、数据显示区、地图显示区、仪表显示区、状态栏。图3-1程序运行界面图3.2.1菜单栏菜单栏由串口设置、接收机控制、数据回放三个主菜单组成。如下图所示表3-2菜单功能主菜单子菜单功能串口设置无用来设置地面站与飞控盒进行通讯的串口号和波特率。默认串口号为1，波特率为115200。航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第7页共15页接收机控制关闭接收机关闭接收机后，飞机将自动进入自驾状态，切换通道数据显示为2000。油门通道数据显示为50%。打开接收机打开接收机数据回放开始开始回放数据高速高速回放数据继续继续回放数据低速低速回放数据暂停暂停回放数据3.2.2工具栏表3-3工具栏按钮功能串口开关记录数据，数据存储在安装目录的\record\子目录下飞行计时GPS导航，在地图中实时显示飞机位置发送航迹点3.2.3HOME点区图3-4HOME点区域图表3-5按钮功能介绍按钮功能【标记】用于在地图中心点放置一个HOME点图标，以此作为编辑航点时的参考点。注意：此点不作为飞机坐标的基准参考点，飞机坐标的基准参考点始终默认是飞机的起飞点。建议用户最好将此点标记在飞机的起飞点位置。航天科工深圳(集团)有限公司CA2102自动化驾驶系统使用说明书第8页共15页【发送】系统将HOME点的坐标发送给飞控盒3.2.4航迹点区此区域主要用来编辑航迹点，鼠标右键单击此区域，将弹出航点编辑菜单，包括添加、修改、插入、删除、清空五种操作。如图(3-6)所示：图3-6航迹点区表3-7各菜单功能用法菜单操作方法【添加】