Autopilot Flight Control System for Unmanned Helicopters
漢和航空無人直升機自動駕駛控制系統（APFC-1）是無錫漢和航空技術有限公司經過多年艱苦研發，數千架次的試飛，與國內外頂級專業研發機構長期合作研發成功的一款用于工程無人直升機定制自動駕駛儀。APFC-1擁有完全的自主知識產權,多項創新和專利技術。適合于不同大小的工程用無人駕駛直升飛機的自動駕駛。
APFC-1是一款集GPS/INS組合導航與自動飛行控制于一體化的產品。特別是對使用多沖程燃油發動機的無人直升機這類穩定性差、高度耦合和高頻振動環境下，進行穩定，可靠的控制，并實現在多種模式下自動導航飛行。
硬件技術上以系統的可靠性為設計的最高準則，采用工業級成熟的浮點型DSP、ARM控 制器芯片，各個模塊都有自己獨立的控制器進行工作，各種數據的輸入輸出都進行了有效的電路保護和隔離，考慮到多沖程燃油發動機的高頻振動，野外的環境和電 磁干擾等惡劣情況,傳感器采用了國外工業級,軍用級的產品，以獲得高精度、高可靠性的飛行狀態測量數據。系統預留多種串口、GPIO、PWM輸入/輸出外 部接口，方便用戶設備與飛控系統的集成。飛控計算機高達50Hz的解算和控制刷新率，為實現對無人直升機的高精度控制提供硬件保障。
導航技術上采用擴展卡爾曼濾波器（EKF）算法，對各類傳感器（高抗震性能的3軸 MEMS垂直陀螺、3軸加速度計、WMM算法的3軸磁場計、GPS、氣壓高度計、轉速傳感器）、操控輸入量等進行采集與深度融合處理，可精確的推算出位 置、速度、姿態、航向、角速率和加速度6維空間中修正的值，大大提高了導航數據的穩定性與精度。為控制提供了可靠的數據來源。
控制技術上以系統的安全性為設計最高準則，采用先進PID控制方法，通過對漢和航空無人直升機平臺進行大量的實驗和掃頻數據進行分析，兼顧系統的安全性，操控性以及魯棒性的最佳參數配合。飛行控制過程中可應對外界對無人機的擾動，增強應付不確定性的能力。APFC-1具有對GPS信號丟失，數據鏈斷裂，電源監控報警等緊急情況的處理功能，可以一鍵懸停，自動返航和失控保護等功能。
基于小型無人直升機動力學模型（SUHDM），結合計算機3D場景構建了包含飛控計算機、舵機，地面控制站等硬件在整個系統的實時仿真環境，實現對飛行控制策略、控制邏輯的有效驗證，最大程度上確保飛控系統安全可靠。
APFC-1地面站采用基于Google Earth/InfoMap設計方案，飛行航路可以預先在Google Earth/InfoMap上簡單地設置，實現全自動飛行，同時飛行狀態信息通過無線電臺實時地傳送到地面站進行監控，記錄和管理以及“第一人稱”飛行等功能。
APFC-1硬件實物 APFC-1地面站界面 APFC-1仿真環境
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飛行控制 |
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控制模式 |
遙控、指令導航、自動導航、自動返航、自動失控保護 |
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飛行模態 |
定點懸停，定速/定高巡航，協調轉彎，斜爬升/盤旋爬升，增穩起飛/降落，自動起飛/降落 |
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控制距離 |
視數據鏈通訊距離和飛行任務半徑能力而定（默認5km） |
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航速 |
8-10 m/s（空速） |
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懸停定位精度 |
< 3m |
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航線精度 |
< 5m |
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速度控制精度 |
< 10% |
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抗風能力 |
< 5級 |
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地面站 |
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控制地面站 |
Windows系統，具備電子地圖、虛擬儀表、綜合顯示、指令面板、航路設定、狀態監控和報警功能。 |
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調試參數地面站 |
Windows系統，姿態，速度，位置等各環節控制參數，部分傳感器的精度的設置與讀取。 |
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GPS（NovAtel OEMSTAR 10HZ） |
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定位精度 |
1.5 M (單點定位L1) |
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數據更新率 |
10Hz |
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GPS天線 |
航空級天線 |
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IMU |
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航向角范圍 |
±180 º |
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航向角精度 |
< 1 º （磁羅盤數據,WMM融合校正） |
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橫滾角，俯仰角范圍 |
±180 º，±90 º |
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橫滾角，俯仰角精度 |
靜態< 0.3 º,動態<2.0º |
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姿態角速率 |
±200 º/sec |
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X,Y,Z加速度范圍 |
3g（標準），5g（大范圍） |
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氣壓計范圍 |
300－2000mbar |
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數傳電臺 |
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工作頻率 |
902-928 MHz， |
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發送功率 |
Max 1W |
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供電電壓 |
6-30 Vdc |
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數傳距離 |
5-20 Km根據環境以及天線高度 |
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接口 |
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GPS天線 |
1通道 |
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串口I/O |
RS232 5通道，RS422 1通道 |
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PWM輸入 |
10通道 |
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PWM舵機輸出 |
9通道 |
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電源 |
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電源 |
12±2VDC |
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功耗 |
< 6w |
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工作溫度 |
-40－80℃ |
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尺寸/重量 |
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IMU |
76(D) X 93(W) X 77(H) 650g 內部減震 |
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飛控計算機 |
81(D) X 110(W) X 41(H) 390g |
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外設控制器 |
71(D) X 75(W) X 25(H) 130g |
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GPS等采集器 |
55(D) X 82(W) X 23(H) 110g |
APFC-1系統框架圖
全自動飛行視頻效果請點擊此鏈接：http://www.tudou.com/programs/view/fDSDltyYvE4/
下載附件： 漢和航空自動駕駛儀控制系統
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