CN102180270A - 一种微小型旋翼飞行器实验平台及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种微小型旋翼飞行器实验平台及其应用，该实验平台包括实验台底座、球关节轴承、微小型旋翼式飞行器、六维力传感器、机载电路硬件和上位计算机，实验台底座与球关节轴承的定子之间连接有六维力传感器，微小型旋翼式飞行器上安装有机载电路硬件。该实验平台是一种应用范围很广的旋翼飞行器实验平台，大大拓展了现有的功能单一的旋翼试验台或三自由度实验装置，可最大限度满足旋翼飞行器的实验需求，代替现有的实际飞行实验，且机械结构简单，易于实现，通用性强。

Description

一种微小型旋翼飞行器实验平台及应用

技术领域

本发明涉及机械、实验测量技术、信息采样及处理技术等领域，具体涉及一种微小型旋翼飞行器实验平台及应用。

背景技术

目前，许多应用领域都要求飞行器能够进行低空低速的飞行，进行低空作业，并且有良好的机动性和隐蔽性。小型旋翼式飞行器是实现上述功能的良好平台。因此，当前对于小型旋翼式飞行器的研究方兴未艾，出现了各种各样的小型旋翼式飞行器。如传统布局的直升机式无人机，包括单主旋翼带尾桨式直升机、纵列式双旋翼直升机、横列式双旋翼直升机、复合式直升机，以及其他的新概念旋翼式飞行器，包括多旋翼飞行器、倾转旋翼式飞行器等。不断涌现的新概念旋翼式飞行器对飞行器的研究与实验方法提出了更高的要求。

由于旋翼式飞行器是一个极为复杂的系统，对其研究涉及到结构、空气动力、控制、通信、导航等一系列问题，目前还难以用数学的方法完全模拟其飞行过程。因此，旋翼式飞行器的飞行实验是其研究开发过程中必不可少的阶段。然而当前旋翼式飞行器尚缺少可靠的实验装置，不能满足旋翼式飞行器飞行实验的需求，导致旋翼式飞行器的飞行实验存在危险大、成本高、成功率低、周期长等特点，严重制约了小型旋翼式飞行器开发研制的成本与周期。

目前针对旋翼式飞行器的实验装置有直升机旋翼模型实验台、悬停旋翼实验台等旋翼实验台，上述旋翼实验台可用于对模型旋翼在悬停和前飞状态下的空气动力学等问题进行实验研究，为旋翼的理论研究提供实验验证手段。然而，上述实验装置都只能对单个旋翼的气动性能进行模拟，功能单一，通用性差，不能进行旋翼式飞行器整体的飞行实验。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种微小型旋翼飞行器实验平台及应用，针对微小型旋翼飞行器的设计，充分考虑微小型旋翼式飞行器的特点，使得该实验平台具有多种功能，可以完全模拟微小型旋翼式飞行器的自由飞行，从而在一定程度上代替微小型旋翼式飞行器的实际飞行测试，大大减少微小型旋翼式飞行器进行飞行测试的时间和危险，对于改进微小型旋翼式飞行器的品质、开发周期、成本均很有益处。

本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台，主要包括实验台底座、球关节轴承、微小型旋翼式飞行器、六维力传感器、机载电路硬件和上位计算机。其中实验台底座固定在地面上或其他平面上，实验台底座与球关节轴承的定子之间连接有六维力传感器。微小型旋翼式飞行器通过球关节轴承与实验台底座连接，球关节轴承的转子与微小型旋翼式飞行器固连。通过这样的连接方式，微小型旋翼式飞行器可以通过球关节轴承绕实验台底座作3个方向的旋转运动，从而完全实现微小型旋翼式飞行器在空间中的3个转动。

微小型旋翼式飞行器中除了旋翼运动产生的空气动力会对微小型旋翼式飞行器的运动产生影响外，旋翼之外的其他运动部件的运动也会对微小型旋翼式飞行器的运动产生影响，如微小型旋翼式飞行器中包含两个双关节的操作臂，这些操作臂的关节所产生的运动会影响飞行器整体的运动，因此微小型旋翼式飞行器上还可以安装有一些运动部件如双关节操作臂。

由于微小型旋翼式飞行器的运动是由旋翼等运动部件所产生的，通过测量飞行器的旋翼等部件因运动产生的力和力矩，根据微小型旋翼式飞行器的运动学和动力学方程即可完全计算出微小型旋翼式飞行器在相应的力和力矩作用下在空间中的运动情况。因此，位于球关节轴承的定子与实验台底座之间安装有一个六维力传感器，可以测量微小型旋翼式飞行器在实验平台上试飞时所产生的笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩。六维力传感器通过电缆与上位计算机连接，可把测量到的力和力矩数据实时传送给上位计算机，在上位计算机中根据六维力传感器所测量得到的力和力矩，再根据微小型旋翼式飞行器的运动学和动力学方程即可完全模拟出微小型旋翼式飞行器在不受约束情况下在笛卡尔空间中的运动情况。借助这种方法，微小型旋翼式飞行器虽然被约束在实验台底座上运动，但仍然可以得到其不受约束情况下的六自由度运动情形，因此可以直接在实验平台上进行六自由度的飞行测试实验，大大提高了六自由度飞行测试的安全性和效率。

所述的微小型旋翼式飞行器上安装有机载电路硬件，机载电路硬件主要包括机载计算处理器系统、能源系统、通讯系统和传感系统等。机载计算处理器系统负责数据处理与运算等，能源系统为旋翼的驱动提供能源，通讯系统处理机载计算处理器系统与上位计算机之间的通讯，传感系统检测飞行器在实验平台上的姿态信息，包括姿态角和角速度、角加速度等，可以根据需要安装与实际飞行的微小型旋翼式飞行器上完全相同的部件。微小型旋翼式飞行器的机载电路硬件可与上位计算机进行实时通讯，将微小型旋翼式飞行器的姿态角以及角速度、角加速度等信息实时传送给上位计算机，上位计算机将姿态角以及角速度、角加速度等信息实时传送给机载电路硬件。该实时通信可根据需要采用任意的有线(电缆连接)或无线的通信方式。

所述的微小型旋翼式飞行器，可以为任意的采用旋翼作为动力的微小型旋翼式飞行器，包括单主旋翼直升机、双旋翼直升机、四旋翼飞行器，或多旋翼飞行器，以及采用其他布局的旋翼飞行器。

基于本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台，可广泛应用于以下多个方面：

1.应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行参数辨识，参数辨识的方法包括以下几个步骤：

步骤一：将实验平台中的球关节轴承锁定，使微小型旋翼式飞行器在实验平台上不能旋转，即完全固定于实验平台上。

步骤二：上位计算机向微小型旋翼式飞行器的机载电路硬件发送各个旋翼的转速指令，机载电路硬件根据转速指令发出PWM驱动信号驱动旋翼的驱动器旋转，旋翼旋转产生相应的力和力矩。六维力传感器测量到微小型旋翼式飞行器飞行产生的笛卡尔空间中的力和力矩，并将力和力矩实时传送给上位计算机，上位计算机将发送的各个旋翼的转速指令和六维力传感器测量得到的力和力矩以数据的形式保存。

步骤三：上位计算机采用辨识方法将各个旋翼的转速指令和六维力传感器测量到的力和力矩数据进行数据处理及参数辨识，从而辨识得到转速指令以及测量得到的力和力矩数据之间的关系。

应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行参数辨识时，可以依次对微小型旋翼式飞行器的每个旋翼的转速控制与测量得到的力和力矩之间的关系进行辨识，也可同时对微小型旋翼式飞行器的多个旋翼的转速控制与测量得到的力和力矩之间的关系进行辨识。由于微小型旋翼式飞行器的多个旋翼同时运动时会因其相互作用而产生气动耦合，采用对每个旋翼的转速指令与测量得到的力和力矩进行辨识时，只能得出单个旋翼的参数，而无法将多个旋翼同时运行所产生的耦合辨识出来，而采用将多个旋翼的转速指令与测量得到的力和力矩进行辨识时可以估计出多个旋翼同时旋转时因互相作用所产生的气动耦合。

2.应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行控制实验：

旋翼式飞行器的模型存在非线性、强耦合、不稳定等特点，其飞行控制系统的控制律的设计与实现是一个关键技术，需要进行大量实验以改进设计和实现。三自由度飞行控制实验的目的是使得微小型旋翼式飞行器的姿态能够被镇定、解耦地跟踪给定的姿态角指令。

应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行实验时，可以不借助六维力传感器进行，由于球关节轴承约束了微小型旋翼式飞行器在空间中的位置移动，但对其转动并没有进行约束，微小型旋翼式飞行器可以自由地在实验平台上转动。上位计算机发出期望的姿态角指令，微小型旋翼式飞行器的机载电路硬件将其中的传感系统检测到的姿态角信息(包括姿态角、角速度以及角加速度等信息)传送给上位计算机。根据需要在上位计算机或飞行器机载电路硬件中运行三自由度飞行控制律，运算出各个旋翼以及运动部件的运动指令，驱动微小型旋翼式飞行器在实验平台上运动。上位计算机将所发送的期望姿态角指令以及测量得到的实际姿态角信息数据保存在上位计算机存储设备中，便于对控制律的控制效果进行评估，根据这些数据可用于改进评估控制律。与传统的三自由度飞行控制实验相比，应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行控制实验的保真度相当高，而且安全、易操作、效率更高。

3.应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行六自由度飞行控制实验：

六自由度飞行控制，是指让微小型旋翼式飞行器直接跟踪给定的姿态角指令和位置指令。一般的六自由度飞行控制实验均需要将对微小型旋翼式飞行器的约束解除，如采用软绳将其限定在一定的范围之内进行系留实验。传统的系留实验存在效率低下、安全系数低等特点，且无法获得在飞行过程中的一些重要数据以供设计开发人员参考。应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台可以直接进行六自由度飞行控制实验，无需解除对微小型旋翼式飞行器的约束，因而具有很大的安全系数。

应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行六自由度飞行控制实验时，由于球关节轴承的约束，微小型旋翼式飞行器可以自由地在微小型旋翼式飞行器飞行产生的笛卡尔空间的三个方向上作旋转运动，但是无法进行三维的平移运动。采用六维力传感器实时测量微小型旋翼式飞行器的旋翼所产生的力和力矩，可以模拟出微小型旋翼式飞行器在不受约束情况下的平移运动，从而达到六自由度飞行控制实验的目的。其方法具体为：上位计算机向微小型旋翼式飞行器的机载电路硬件发送期望的位置指令和姿态指令，六维力传感器将测量得到的微小型旋翼式飞行器飞行产生的笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩实时传送给上位计算机，同时微小型旋翼式飞行器机载电路硬件将测量得到的微小型旋翼式飞行器的实时的三维姿态角以及角速度、角加速度等信息传送给上位计算机，上位计算机根据接收到的笛卡尔空间中的三个方向的力和力矩，根据微小型旋翼式飞行器的姿态角，将笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩转化为在微小型旋翼式飞行器体系下的力和力矩，然后依据微小型旋翼式飞行器在飞行过程中的牛顿欧拉方程，运行模拟程序来模拟微小型旋翼式飞行器在空间中的位置和速度，在实验平台上得到微小型旋翼式飞行器的六自由度运动情形。根据需要在上位计算机或飞行器机载电路硬件中运行六自由度飞行控制律，运算出各个旋翼以及运动部件的运动指令，驱动微小型旋翼式飞行器在实验平台上运动。在上位计算机中将测量以及模拟到的六自由度运动量与发送的指令信息保存并进行比较，为改进飞行控制律提供参考和指导。

本发明的优点在于：

(1)本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台，是一种应用范围很广的旋翼飞行器实验平台，大大拓展了现有的功能单一的旋翼试验台或三自由度实验装置，可最大限度满足旋翼飞行器的实验需求，代替现有的实际飞行实验；

(2)本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台的机械结构简单，易于实现；

(3)本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台，在实验平台上进行实验，安全性好，使用方便；

(4)本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台有多种系统配置方式，可根据实际需要选择合适的配置方式，通用性强。

附图说明

图1：本发明一种微小型旋翼飞行器实验平台的结构示意图；

图2：本发明一种微小型旋翼飞行器实验平台的机载电路硬件结构示意图；

图3：应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行飞行器参数辨识实验的流程示意图；

图4：应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行控制实验的方法示意图；

图5：应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行六自由度飞行控制实验的方法示意图。

图中：

1-实验台底座    2-六维力传感器    3-球关节轴承    4-微小型旋翼式飞行器

5-机载电路硬件  6-旋翼            7-操作臂        8-上位计算机

9-机载计算处理器A                 10-机载计算处理器B

11-气压高度计   12-磁力计         13-GPS传感器    14-姿态传感器

15-参数记录仪   16-A/D扩展接口

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种针对微小型旋翼式飞行器的多功能实验平台，如图1和图2所示，包括实验台底座1、球关节轴承3、微小型旋翼式飞行器4、六维力传感器2、机载电路硬件5(包括能源系统、通讯系统、机载计算处理器系统和传感系统等)、上位计算机8。其中实验台底座1固定在地面上或其他平面上，实验台底座1与球关节轴承3的定子之间安装有六维力传感器2，微小型旋翼式飞行器4通过与球关节轴承3的转子相连，进而与实验台底座1连接在一起，因此微小型旋翼式飞行器可以通过球关节轴承3绕实验台底座1作三个方向的旋转运动，从而完全模拟微小型旋翼式飞行器4在空间中的三个转动。

实验平台在球关节轴承3与实验台底座1之间安装有一个六维力传感器2，可以测量微小型旋翼式飞行器4在实验平台上进行实验时所产生的笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩，六维力传感器2通过电缆连接至上位计算机8上，在上位计算机8上得到六维力传感器2所测量得到的力和力矩，根据微小型旋翼式飞行器4的运动学和动力学方程即可完全模拟出微小型旋翼式飞行器4在不受约束情况下完全的六维运动情形，包括三维平移运动和三维旋转运动。

微小型旋翼式飞行器4可以包括若干旋翼6以及其他的运动部件7如操作臂。微小型旋翼式飞行器4的运动由旋翼6以及运动部件7的运动共同驱动。微小型旋翼式飞行器4上安装有机载电路硬件5，机载电路硬件5包括机载计算处理器系统、能源系统、通讯系统和传感系统等，如图2所示，可以根据需要安装与实际飞行的飞行器上完全相同的部件，也可选择安装与实际飞行的飞行器不同的部件，以达到测试和实验之目的。所述的机载计算处理器系统可以包括多个机载计算处理器(如机载计算处理器A9和机载计算处理器B 10。能源系统为旋翼的运动提供能源。传感系统包括气压高度计11、磁力计12、GPS传感器13和姿态传感器14等单元，传感系统的每个单元即气压高度计11、磁力计12、GPS传感器13和姿态传感器14均通过SPI(同步串行接口)或UART(异步串行接口)方式与机载计算处理器系统之间进行数据传输。机载计算处理器系统可发出PWM驱动信号驱动旋翼的驱动器运动。机载计算处理器可以将微小型旋翼式飞行器4运行中的数据通过RS-232串口记录在参数记录仪15中，以便进行数据分析。机载计算处理器还可以预留出一定的A/D扩展接口16以供扩展使用。微小型旋翼式飞行器4的机载电路硬件5可与上位计算机8进行实时通讯，将微小型旋翼式飞行器4的姿态角以及角速度、角加速度等传感信息实时传送给上位计算机8，上位计算机8将姿态角以及角速度、角加速度指令等信息实时传送给机载电路硬件5。机载电路硬件5(如机载计算处理器)可以根据需要选择与上位计算机之间的通讯方式，可以通过无线通信数据链的形式与上位计算机8之间进行通讯，也可采用有线的方式与上位计算机机8之间进行通讯。

实验平台的使用对象为微小型旋翼式飞行器4，可以为任意的采用旋翼作为飞行主要动力的微小型旋翼式飞行器4，包括单主旋翼直升机、双旋翼直升机、四旋翼飞行器，或多旋翼飞行器，以其采用其他布局的旋翼式飞行器。

本实验平台的实验台底座1的高度可以调节，从而可以考察微小型旋翼式飞行器4距地面不同高度时所受到的地面效应作用，可以估算地面效应对微小型旋翼式飞行器4所产生的影响，用于改进对微小型旋翼式飞行器4的参数辨识以及控制器的设计。

所述的球关节轴承3可以用其他的任意的三自由度机构代替，如由三个在空间中互相垂直的转动轴所组成的机构代替球关节轴承。根据实验任务需要，本发明提出一种微小型旋翼飞行器实验平台可以采用不同的系统配置方式，如在三自由度飞行实验中，将三自由度飞行控制律运行于上位计算机8上；在六自由度飞行实验中，将三自由度飞行控制律运行于机载电路硬件5中；将六自由度飞行控制律完全运行于上位计算机8上；将六自由度飞行控制律完全运行于机载电路硬件5；将六自由度飞行控制中的姿态控制分系统运行于机载电路硬件5中，将六自由度飞行控制中的导航控制分系统运行于上位计算机8中；将能源模块集成于机载电路硬件8中，直接采用该能源模块为微小型旋翼式飞行器4供电；不将能源模块集成于机载电路硬件5上，采用外接电源为微小型旋翼式飞行器4供电。

基于本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台，可广泛应用于以下多个方面：

1.应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行参数辨识，如图3所示参数辨识的方法包括以下几个步骤：

步骤一：将微小型旋翼飞行器实验平台中的球关节轴承锁定，使微小型旋翼式飞行器4在实验台上不能旋转，即完全固定于实验平台上。

步骤二：上位计算机8向微小型旋翼式飞行器4的机载电路硬件5发送各个旋翼的转速指令，机载电路硬件5根据转速指令发出PWM驱动信号驱动旋翼的驱动器旋转，旋翼旋转产生相应的力和力矩。六维力传感器2测量到微小型旋翼式飞行器5飞行产生的笛卡尔空间中的力和力矩，并将力和力矩实时传送给上位计算机8，上位计算机8将发送的各个旋翼的转速指令和六维力传感器2测量得到的力和力矩以数据的形式保存。

步骤三：上位计算机8采用辨识方法将各个旋翼的转速指令和六维力传感器测量到的力和力矩数据进行辨识，从而辨识得到转速指令与测量得到的力和力矩数据之间的关系。

应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行参数辨识时，可以依次对微小型旋翼式飞行器的每个旋翼的转速控制与测量得到的力和力矩之间的关系进行辨识，也可同时对微小型旋翼式飞行器4的多个旋翼的转速控制与测量得到的力和力矩之间的关系进行辨识。由于微小型旋翼式飞行器4的多个旋翼同时运动时会因其相互作用而产生气动耦合，采用对每个旋翼的转速指令与测量得到的力和力矩进行辨识时，只能得出单个旋翼的参数，而无法将多个旋翼同时运行所产生的耦合辨识出来，而采用将多个旋翼的转速指令与测量得到的力和力矩进行辨识时可以估计出多个旋翼同时旋转时因互相作用所产生的气动耦合。

2.应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行控制实验：

微小型旋翼式飞行器4的模型存在非线性、强耦合、不稳定等特点，其飞行控制系统的控制律的设计与实现是一个关键技术，需要进行大量实验以改进设计和实现。三自由度飞行控制的目的是使得微小型旋翼式飞行器4的姿态能够被镇定、解耦地跟踪给定的姿态角指令。

应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行实验时，可以不借助六维力传感器2进行，由于球关节轴承3约束了微小型旋翼式飞行器4在空间中的位置移动，但对其转动并没有进行约束，微小型旋翼式飞行器4可以自由地在实验平台上转动。如图4所示，具体过程为：上位计算机8发出期望的姿态角指令，微小型旋翼式飞行器4的机载电路硬件5将其中的传感系统检测到的姿态角信息(包括姿态角、角速度以及角加速度等信息)传送给上位计算机8。根据需要在上位计算机或机载电路硬件5中运行三自由度飞行控制律，运算出各个旋翼以及运动部件的运动指令，驱动微小型旋翼式飞行器在实验平台上运动。上位计算机8将所发送的期望姿态角指令以及测量得到的实际姿态角信息数据保存在上位计算机8存储设备中，便于对控制律的控制效果进行评估，根据这些数据可用于改进控制律的设计。

与传统的三自由度飞行控制实验相比，应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行控制实验的保真度相当高，而且安全、易操作、效率更高。

3.应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行六自由度飞行控制实验：

六自由度飞行控制，是指让微小型旋翼式飞行器4直接跟踪给定的姿态角指令和位置指令。一般的六自由度飞行控制实验均需要将对微小型旋翼式飞行器4的约束解除，如采用软绳将其限定在一定的范围之内进行系留实验。传统的系留实验存在效率低下、安全系数低等特点，且无法获得在飞行过程中的一些重要数据以供设计开发人员参考。应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行六自由度飞行控制实验可以直接进行六自由度飞行控制实验，无需解除对微小型旋翼式飞行器4的约束，因而具有很大的安全系数。

应用本发明提出的一种微小型旋翼飞行器实验平台进行六自由度飞行控制实验时，由于球关节轴承3的约束，微小型旋翼式飞行器4可以自由地在微小型旋翼式飞行器飞行产生的笛卡尔空间的三个方向上作旋转运动，但是无法进行三维的平移运动。采用六维力传感器2实时测量微小型旋翼式飞行器4的旋翼所产生的六维力和力矩，可以模拟出微小型旋翼式飞行器4在不受约束情况下的平移运动，从而达到六自由度飞行控制实验的目的。如图5所示，其方法具体为：上位计算机8向微小型旋翼式飞行器4的机载电路硬件5发送期望的位置指令和姿态指令，六维力传感器2将测量得到的微小型旋翼式飞行器4飞行产生的笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩实时传送给上位计算机8，同时微小型旋翼式飞行器4上的机载电路硬件5将测量得到的微小型旋翼式飞行器4的实时的三维姿态角以及角速度、角加速度等信息传送给上位计算机8。上位计算机8根据接收到的笛卡尔空间中的三个方向的力和力矩，根据微小型旋翼式飞行器4的姿态角，将笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩转化为在微小型旋翼式飞行器4体系下的力和力矩，然后依据微小型旋翼式飞行器4在飞行过程中的牛顿欧拉方程，运行模拟程序来模拟微小型旋翼式飞行器在空间中的位置和速度，在实验平台上得到微小型旋翼式飞行器4的六自由度运动情形。根据需要在上位计算机8或微小型旋翼式飞行器4的机载电路硬件5(机载计算处理器)中运行六自由度飞行控制律，运算出各个旋翼以及运动部件的运动指令，机载电路硬件5驱动微小型旋翼式飞行器4在实验平台上运动。在上位计算机8中将测量以及模拟到的六自由度运动量与发送的位置指令和姿态指令信息保存并进行比较，为改进飞行控制律提供参考和指导。

Claims (9)

1.一种微小型旋翼飞行器实验平台，其特征在于：包括实验台底座、球关节轴承、微小型旋翼式飞行器、六维力传感器、机载电路硬件和上位计算机；实验台底座固定在地面上或其他平面上，实验台底座与球关节轴承的定子之间连接有六维力传感器，六维力传感器通过电缆连接至上位计算机，球关节轴承的转子与微小型旋翼式飞行器固连，微小型旋翼式飞行器上安装有机载电路硬件，机载电路硬件采用电缆或无线通信的方式与上位计算机进行实时通讯。

2.根据权利要求1所述的一种微小型旋翼飞行器实验平台，其特征在于：所述的机载电路硬件包括机载计算处理器系统、能源系统、通讯系统和传感系统，机载计算处理器系统包括多个机载计算处理器，能源系统为旋翼的运动提供能源，传感系统的气压高度计、磁力计、GPS传感器和姿态传感器均通过SPI或UART接口与机载计算处理器系统之间进行数据传输，机载计算处理器系统发出PWM驱动信号驱动旋翼的驱动器运动，机载计算处理器将飞行器运行中的数据通过RS-232串口记录在参数记录仪中，机载计算处理器预留A/D扩展接口，机载电路硬件通过无线通信数据链的形式或有线的方式与上位计算机之间进行实时通讯。

3.根据权利要求1所述的一种微小型旋翼飞行器实验平台，其特征在于：所述的微小型旋翼式飞行器上安装有运动部件。

4.根据权利要求1所述的一种微小型旋翼飞行器实验平台，其特征在于：所述的实验台底座的高度能够调节。

5.根据权利要求1所述的一种微小型旋翼飞行器实验平台，其特征在于：所述的微小型旋翼式飞行器为单主旋翼直升机、双旋翼直升机、四旋翼飞行器或多旋翼飞行器。

6.根据权利要求1所述的一种微小型旋翼飞行器实验平台，其特征在于：所述的球关节轴承用三自由度机构代替。

7.一种应用权利要求1所述的微小型旋翼飞行器实验平台进行参数辨识的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一：将微小型旋翼飞行器实验平台中的球关节轴承锁定；

步骤二：上位计算机向微小型旋翼式飞行器的机载电路硬件发送各个旋翼的转速指令，机载电路硬件根据转速指令发出PWM驱动信号驱动旋翼的驱动器旋转，旋翼旋转产生相应的力和力矩，六维力传感器测量到微小型旋翼式飞行器飞行产生的笛卡尔空间中的力和力矩，并将力和力矩实时传送给上位计算机，上位计算机将发送的各个旋翼的转速指令和六维力传感器测量得到的力和力矩以数据的形式保存；

步骤三：上位计算机采用辨识方法将各个旋翼的转速指令和六维力传感器测量到的力和力矩数据进行辨识，得到转速指令以及测量得到的力和力矩数据之间的关系。

8.一种应用权利要求1所述的微小型旋翼飞行器实验平台进行三自由度飞行控制实验，其特征在于：具体过程为：上位计算机发出期望的姿态角指令，微小型旋翼式飞行器的机载电路硬件将其中的传感系统检测到的姿态角信息传送给上位计算机；在上位计算机或飞行器机载电路硬件中运行三自由度飞行控制律，运算出各个旋翼以及运动部件的运动指令，驱动微小型旋翼式飞行器在实验平台上运动；上位计算机将所发送的期望姿态角指令以及测量得到的实际姿态角信息数据保存在上位计算机存储设备中。

9.一种应用权利要求1所述的微小型旋翼飞行器实验平台进行六自由度飞行控制实验，其特征在于：具体过程为：上位计算机向机载电路硬件发送期望的位置指令和姿态指令，六维力传感器将测量得到的微小型旋翼式飞行器飞行产生的笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩实时传送给上位计算机，同时机载电路硬件将测量得到的微小型旋翼式飞行器的实时的三维姿态角以及角速度、角加速度信息传送给上位计算机；上位计算机根据接收到的笛卡尔空间中的三个方向的力和力矩，根据微小型旋翼式飞行器的姿态角，将笛卡尔空间中的三个方向上的力和力矩转化为在微小型旋翼式飞行器体系下的力和力矩，依据牛顿欧拉方程，运行模拟程序模拟微小型旋翼式飞行器在空间中的位置和速度，得到微小型旋翼式飞行器的六自由度运动情形；上位计算机或机载电路硬件中运行六自由度飞行控制律，运算出各个旋翼以及运动部件的运动指令，机载电路硬件驱动微小型旋翼式飞行器在实验平台上运动，并在上位计算机中将测量以及模拟到的六自由度运动量与发送的位置指令和姿态指令信息保存。

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