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リアルタイムフライトコントロール:埋め込みセンサーキャリブレーションとデータ取得

概要

ソース:エラ・M・アトキンス、ミシガン大学航空宇宙工学科、アン・アーバー、ミシガン州

概要

オートパイロットを使用すると、航空機の向き、角速度、対気速度を測定する機内センサーから収集されたデータを使用して、航空機を安定化できます。これらの量は、航空機が自動的に打ち上げ(離陸)から回復(着陸)までの飛行計画に従うように、自動操縦によって調整することができます。同様のセンサーデータは、大型の固定翼商用輸送機から、4つのスラスターユニットを備えたクワッドコプターなどの小規模なマルチローターヘリコプターまで、あらゆるタイプの航空機を制御するために収集されます。

全地球測位システム(GPS)などのセンサーによって捕捉された慣性位置と速度により、自動操縦リアルタイム飛行制御システムは、マルチコプターまたは固定翼航空機が所定の姿勢と対気速度を安定させるためのもの軌道。センサーの統合、キャリブレーション、データ取得、および信号フィルタリングは、飛行制御の実験の前提条件です。

ここでは、飛行制御に必要なデータを提供するセンサー スイートについて説明します。2つの異なる組み込みコンピュータプラットフォーム上の信号インターフェースとデータ取得について説明し、センサーキャリブレーションを要約します。単一チャネル移動平均フィルタと中央値フィルタは、各データチャンネルに適用され、高周波信号ノイズを低減し、外れ値を排除します。

この実験では、リアルタイム飛行制御のためのデータ取得とセンサーキャリブレーションを行います。いくつかの公表された論文は、センサーデータの収集と制御の原則を説明しており、最近では小型無人航空機(UAV)用のセンサーに焦点を当てています[1-3]。

手順

この手順では、IMU および ADS センサーのキャリブレーションとフライト コンピュータとの統合について説明し、屋外飛行施設での統合された INS および ADS データの取得と処理の使用方法を示します。ミシガン大学のM-Airネット飛行試験施設で動作するクワドローターのエンドツーエンドの飛行制御が実証されています。

1. センサーキャリブレーション:慣性測定ユニット(IMU)

センサーの口径測定は、高品質の試験装置からのサポートを使用して実行する場合に最も効果的です。3 軸 IMU の場合は、精度レート テーブルを使用して、各軸のレート ジャイロと加速度計を個別に調整します (図 6)。レートテーブルは、ユーザー定義の角速度で正確に回転します。ユーザーは一連のレート コマンドを発行し、その間に IMU はセンサーのキャリブレーションに必要なデータを収集します。したがって、以下に説明する単軸キャリブレーション実験は、IMUセンサ軸(x、y、z)

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結果

センサーキャリブレーション

レートジャイロキャリブレーションプロットの例を図8に示します。この場合、レートジャイロは2.38Vの公称(ゼロ速度)読み取り値を毎秒6つの異なる回転速度で収集し、線形曲線がこのデータに適合した。図に示すように、線形フィットは、収集されたすべてのデータ ポイントの非常に良好な近似を提供します。

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申請書と概要

ここでは、固定翼および回転翼航空機のリアルタイム飛行制御を可能にするために必要なセンサーシステム、データ集録、および信号フィルタリングプロセスについて説明しました。このデータパイプラインは、すべての有人および無人航空機の自動操縦システムの不可欠な要素です。マルチコプターは、安定させるためにオートパイロットを必要とし、すべてのタイプの航空機は、空中デ?...

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Concepts

2:31

Calibration of IMU

4:45

Real-time Flight Experiment

7:11

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