从零开始开发属于大家的开源火箭飞控系统!(0)
YahooL2022/09/09原创 航天技术科创茶话

前言


大家好!我是一名研究时长六月半的练习生,今年3月开始接触火箭研究。

去年年底我从单位辞职后一直待业在家,总不能成天打游戏无所事事啃老一辈子吧,正好当时看了很多中国乃至世界民用航天的报道,于是3月份开始陆陆续续地学习火箭设计方面的知识。但是,火箭是一个庞大的系统工程,像我这样东打一钯西敲一下地学习,怎么可能造出真正的火箭呢!(震声)

上月底,由于我所在的城市爆发了一小轮新冠,我被迫静默在家,人闲了,就会开始胡思乱想,正巧我也在物色下一份工作,其中有一份我很心水的工作,它的应聘要求里写道需要熟练使用Simulink。抱着学习软件,巩固知识的心态,我冒出了自己做一个火箭飞控的想法。

我大学读的专业是电子信息工程,毕业那年赶上20年第一轮新冠,学校又只是一个民办三本,考研一战失败,找工作基本无望,被迫二战又中途放弃,在家乡某单位找了份工作,蹉跎了一年,专业知识忘得也差不多,干脆就借着制作火箭飞控的机会,一来学习软件的使用,二来复习我本就不扎实的专业知识。

说做就做,就在我查找专业书籍和相关资料的时候,偶然间发现了科创这个我以前一直不知道的科技论坛!好歹以前我也混过炮吧,竟然对这个历史悠久的论坛一无所知!这些年我究竟都错过了些什么.jpg

看了几天论坛老帖,读了几遍坛规之后,我也想发贴记录一下我的学习过程,希望能为大家留下一点微不足道的成果。


项目规划


接下来,我将利用Simulink,开发出一套能够部署在FreeRTOS上的火箭飞行控制系统,系统的基本目标是实现火箭的上升段轨迹与姿态稳定、空地通讯与控制,进一步目标是完成火箭的返回落点预测与落点范围控制。

开发的过程分为这几个部分:

  1. 搭建环境、火箭以及控制系统的简易仿真模型。

  2. 在Matlab中完成控制算法设计。

  3. 基于FreeRTOS完成箭上系统设计与开发。

  4. 基于C#完成地面站程序开发。

由于上述所有开发过程所提及的技术均为我不能熟练掌握的技术,因此在开发学习的过程中会出现包括但不限于重复造轮子、自造蹩脚术语等现象,专业人士请多多包涵,若能指点一二,后生在此先行拜谢!

另:我并非科班出身,若是有航空航天专业的铁子看到这里,斗胆求教一下,在搞火箭的过程中,有哪些专业书籍必须要看?学习的顺序应该如何安排?



来自:航空航天 / 航天技术综合交流区 / 科创茶话
6
4
warmonkey
20天16时前
1楼

给点建议:

  1. 模型预测控制(mpc)已经被证明具有极好的控制精度,可以采用类似的思路。实际的飞控系统,多数采用的是增益调度(gain scheduling)。

  2. 加速度环路是极为重要的环节,用于隐藏模型的非线性,加速度闭环控制搞定之后,后面就简单了。

  3. 根据风洞测量的气动特性(升力系数、阻力系数等),可计算出加速度值对应的舵面偏转,也就是控制增益了。你需要多少加速度,就想办法算清楚什么输入条件能达到。

    通过反复仿真调整得到,这是mpc控制。通过气动数,高度,速度查表得到,这是增益调度。

  4. 使用simulink实现,可以用waijung blockset,特点是简单的io功能例如adc pwm gpio 串口这些好用,其他的复杂逻辑难用。

    用2个mcu,一个用simulink生成代码,与另一个进行串口通信。另一个用arduino之类的工具开发,作为串口转接板,连接陀螺仪、加速度计、气压计等等。

  5. 飞行数据记录购买淘宝的串口记录仪即可。无线数据传输也可以购买成品串口数传。

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辽宁星云科技
20天15时前
2楼

支持

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170050051624
20天13时前
3楼
引用warmonkey发表于1楼的内容
给点建议:模型预测控制(mpc)已经被证明具有极好的控制精度,可以采用类似的思路。实际的飞控系统,多...

电子信息工程不学和控制相关的内容吧,上来就mpc是不是有些操之过急?

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YahooL作者
20天10时前
4楼
引用warmonkey发表于1楼的内容
给点建议:模型预测控制(mpc)已经被证明具有极好的控制精度,可以采用类似的思路。实际的飞控系统,多...

小本本记下来了!感谢!

对于第一版的控制系统,我的预期是能够实现方位角和姿态的稳定就可以了。考虑到液发的制造和控制难度,我也不会打肿脸充胖子去搞,暂时不会碰推力矢量控制这方面,但推力矢量控制是一定要搞的,算是中期目标吧。

至于实践环节,我目前身处新疆,由于众所周知的原因(没错我这买白糖超过1kg会被小黑屋),基本不可能,所以在我找到工作逃去内地之前,只会在仿真系统上进行测试,不会真正部署实例(况且一些关键部件也进不来新疆hhhh)

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warmonkey
7天12时前
5楼
引用YahooL发表于4楼的内容
小本本记下来了!感谢!对于第一版的控制系统,我的预期是能够实现方位角和姿态的稳定就可以了。考虑到液发...

弄个淋浴喷头一样可以测试控制系统

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大仙
7天11时前
6楼
引用YahooL发表于4楼的内容
小本本记下来了!感谢!对于第一版的控制系统,我的预期是能够实现方位角和姿态的稳定就可以了。考虑到液发...

理论模型研究没人管你的。

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2022/09/07注册,14天20时前活动

不能继续做自甘堕落的家里蹲了! 从零开始搭建火箭飞控!2022

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