湖南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽公開(kāi)賽草案征求意見(jiàn).ppt

1、2014年湖南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽,公開(kāi)賽說(shuō)明 2014年6月15日,2014年湖南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽公開(kāi)賽說(shuō)明,設(shè)置公開(kāi)賽的目的意義 本次公開(kāi)賽要重點(diǎn)解決的問(wèn)題 本次公開(kāi)賽的題目 本次公開(kāi)賽要注意的事宜 時(shí)間/參賽隊(duì)/地點(diǎn)安排,1.設(shè)置公開(kāi)賽的目的意義,針對(duì)國(guó)賽中存在的共性問(wèn)題 2013年國(guó)賽中,我省存在的共性問(wèn)題是四旋翼飛行器題測(cè)試成績(jī)嚴(yán)重偏低(我省測(cè)試成績(jī)只有30分,而上海山東江蘇等省測(cè)試成績(jī)達(dá)到滿分),反映我省對(duì)三維控制缺乏研究與訓(xùn)練. 探索解決的方法 四旋翼飛行器的控制存在許多沒(méi)有引起重視的問(wèn)題,如飛行姿態(tài)控制問(wèn)題,四旋翼配合控制問(wèn)題,穩(wěn)定性問(wèn)題,抗擾動(dòng)問(wèn)題等. 引導(dǎo)學(xué)校培養(yǎng)方向

2、針對(duì)存在的問(wèn)題,有重點(diǎn)地引導(dǎo)各學(xué)校加強(qiáng)培訓(xùn),為明年國(guó)賽作準(zhǔn)備.,2.本次公開(kāi)賽要重點(diǎn)解決的問(wèn)題,探索解決穩(wěn)定性問(wèn)題,以保證飛行器能夠平穩(wěn)飛行 四旋翼飛行器是通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。由于飛行器是通過(guò)改變旋翼轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，這樣會(huì)導(dǎo)致其動(dòng)力不穩(wěn)定，所以需要一種能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，因此非常適合靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。,四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu),四旋翼飛行器沿各方向的運(yùn)動(dòng),四旋翼飛行器在空間共有 6 個(gè)自由度（分別沿 3 個(gè)

3、坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作），這 6 個(gè)自由度的控制都可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)?；具\(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別是：（1）垂直運(yùn)動(dòng)；（2）俯仰運(yùn)動(dòng)；（3）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；（4）偏航運(yùn)動(dòng)；（5）前后運(yùn)動(dòng)；（6）側(cè)向運(yùn)動(dòng)。電機(jī) 1 和電機(jī) 3 作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī) 2 和電機(jī) 4 作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定沿 x 軸正方向運(yùn)動(dòng)稱為向前運(yùn)動(dòng)，箭頭在旋翼的運(yùn)動(dòng)平面上方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。,當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì)引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。 四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)分為兩個(gè)部分:飛行控制系統(tǒng)與無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)通過(guò) IMU 慣性測(cè)量單元(由陀螺傳感器與加速度傳感器組成)檢測(cè)飛

4、行姿態(tài).,3.本次公開(kāi)賽的題目,本次公開(kāi)賽計(jì)劃出 2 個(gè)題（A題和B題）。重點(diǎn)解決四旋翼飛行器的穩(wěn)定性問(wèn)題。 每校在選題時(shí)，參賽的兩個(gè)隊(duì)不能選同一個(gè)題。即參賽隊(duì)只有一個(gè)隊(duì)時(shí)，可選A題，也可選B題；但參賽隊(duì)有二個(gè)隊(duì)時(shí)，則一個(gè)隊(duì)選A題，另一個(gè)隊(duì)只能選B題。,題目A:四旋翼自主飛行器,一.任務(wù):設(shè)計(jì)并制作一個(gè)四旋翼自主飛行器,能夠在規(guī)定的測(cè)試場(chǎng)地完成規(guī)定的測(cè)試內(nèi)容.所設(shè)計(jì)的四旋翼飛行器帶防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限定為：長(zhǎng)度50cm，寬度50cm。飛行器機(jī)身必須標(biāo)注參賽隊(duì)號(hào)。 規(guī)定尺寸:因?yàn)榉乐褂绣X(qián)的學(xué)校購(gòu)買(mǎi)成品飛行器,而缺錢(qián)的學(xué)校自制飛行器,使大家能夠在同一起跑線.,飛行區(qū)域俯視圖和立體圖分別如

5、圖1 和圖 2 所示。,二.要求,1. 基本要求 (1)四旋翼自主飛行器（簡(jiǎn)稱飛行器）擺放在圖 1 所示的 A 區(qū)，一鍵式啟動(dòng)飛行器向 B 區(qū)起飛。 (2)飛行器要求飛行高度大于 1 M,以越過(guò) 1 M 示高線。 (3)飛行器在飛到 B 區(qū)指示線時(shí),空中停留30秒,要求飛行高度大于 1 M。 (4)飛行器接著在 B 區(qū)降落并準(zhǔn)確停機(jī)。,要求,2. 發(fā)揮部分 (1)飛行器擺放在 B 區(qū)，飛行器下面擺放一薄鐵片，一鍵式啟動(dòng)，飛行器拾取薄鐵片并向 A 區(qū)起飛。 (2)飛行器攜帶薄鐵片在飛到 B 區(qū)指示線時(shí),空中停留 30 秒,要求飛行高度大于 1 M。 (3)飛行器接著向 A 區(qū)飛行,要求飛行高度大

6、于 1 M,以越過(guò) 1 M 示高線。 (4)飛行器在 A 區(qū)降落并準(zhǔn)確停機(jī).并將薄鐵片準(zhǔn)確投放到 A 區(qū).,題目B:四旋翼自主飛行器,一.任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)四旋翼自主飛行器，能夠在規(guī)定的測(cè)試場(chǎng)地完成規(guī)定的測(cè)試內(nèi)容。尺寸限定以槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸之間的距離為準(zhǔn)，任兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)軸之間的距離不得大于40cm。為了人身和機(jī)器安全，四旋翼飛行器可帶防撞圈（選項(xiàng)，不作為要求）。飛行器機(jī)身必須標(biāo)注參賽隊(duì)號(hào)。 四旋翼自主飛行器測(cè)試區(qū)域布局如圖1所示(標(biāo)志單的數(shù)據(jù)單位為cm)。,二、飛行器測(cè)試流程 功能與性能測(cè)試一鍵操作完成，測(cè)試過(guò)程中不得有任何人為干預(yù)。 1.測(cè)試開(kāi)始：參賽隊(duì)員將飛行器放置于指定區(qū)域（A區(qū)），操作

7、按鍵，一鍵式啟動(dòng)。按鍵后，飛行器應(yīng)延遲至少 20s 但不多于30s起飛。 2.飛行器由A區(qū)起飛后，飛行器進(jìn)入飛行區(qū)，在飛行區(qū)空中停留不少于30s，然后降落到B區(qū)。,3、在B區(qū)停留15s左右，以最快速度飛至A區(qū)并降落（返回A區(qū)）。 4、在A區(qū)停留15s左右，（再次）起飛至B區(qū)；在起飛前，置于飛行區(qū)中的風(fēng)扇打開(kāi)，模擬自由空間中氣流；要求飛行器在飛行區(qū)空中停留不少于20s，然后降落到B區(qū)。 5、在B區(qū)停留15s左右，往A區(qū)飛行，進(jìn)入飛行區(qū)后，以盡可能長(zhǎng)的時(shí)間停留在飛行區(qū)范圍的上空，然后降落到A區(qū)。,三、飛行器要求 1、飛行器控制板的MCU必須采用TI公司的微控制器，必須安裝在明顯位置，以便檢查。 2

8、、飛行器的電池由組委會(huì)專家組統(tǒng)一規(guī)定。 3、飛行器的總重量不得小于1000g。 4、飛行器應(yīng)有必要的聲光指示： (1)飛行器的四個(gè)電機(jī)軸需有指示，可用發(fā)光二極管指示，在測(cè)試期間，飛行器停穩(wěn)后應(yīng)工作，光點(diǎn)在地面上顯示位置正對(duì)電機(jī)軸的位置?！竟y(cè)試定位】 (2) 飛行器在操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)有明顯可區(qū)分光聲提示。,四、目的： 1第一次起降主要是測(cè)試飛行器的基本測(cè)量與控制，包括起飛、懸停、降落以及檢測(cè)。 2第二次起降主要是測(cè)試飛行器的高速條件下測(cè)量與控制性能。 3第三次起降主要是測(cè)試飛行器在模擬自然環(huán)境條件下，有擾動(dòng)條件下測(cè)量與控制性能。 4第四次起降主要是測(cè)試飛行器的綜合設(shè)計(jì)與優(yōu)化，包含能量管理。,

9、公開(kāi)賽題將進(jìn)一步細(xì)化內(nèi)容，計(jì)劃于6月20日通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)題。 公開(kāi)賽題在制作過(guò)程中，對(duì)于各校存在的問(wèn)題，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或電話，向競(jìng)賽專家組提出咨詢。由專家組負(fù)責(zé)解釋。,4.本次公開(kāi)賽要注意的事宜,1飛行器槳葉旋轉(zhuǎn)速度高，有危險(xiǎn)！請(qǐng)務(wù)必注意自己及他人的人身安全。 2飛行器控制板的 MCU 必須采用TI公司的微控制器，必須安裝在明顯位置，以便檢查。 3飛行器可自制或外購(gòu)，帶防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限為：長(zhǎng)度50cm，寬度50cm。飛行器機(jī)身必須標(biāo)注參賽隊(duì)號(hào)。 4A題中的薄鐵片為邊長(zhǎng)4cm的正方形，厚度0.05cm。 5飛行區(qū)域地面為白色；A區(qū)、B區(qū)形狀大小相同，由直徑20cm黑色實(shí)心圓和直徑75cm的同心圓組成，同心圓虛線線寬小于0.1cm；引導(dǎo)線寬度4cm，可用黑色膠帶；示高線為直徑0.5 0.8cm的黑色電纜線，橫向懸掛于飛行區(qū)中間，距地高100cm。飛行區(qū)域不得額外設(shè)置任何標(biāo)識(shí)、引導(dǎo)線或其他裝置。,6A題允許測(cè)試 2 次，每次測(cè)試全程不得更換電池。兩次測(cè)試之間允許更換電池，更換電池時(shí)間小于2分鐘。 7. 飛行器不得遙控，飛行過(guò)程中不得人為干預(yù)。 8. 飛行器飛行期間，觸及地面后自行恢復(fù)飛行的，酌情扣分；觸地后 5s 內(nèi)不能自行恢復(fù)飛行視為失敗，失敗前完成動(dòng)作仍計(jì)分。 9飛行器起飛，距地面高度10cm以上視為飛離地面。 10一鍵式啟動(dòng)是指飛行