倒立擺姿態(tài)精確調(diào)整與控制系統(tǒng)（代碼、機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊）

倒立擺姿態(tài)精確調(diào)整與控制系統(tǒng)概述：

       本系統(tǒng)將倒立擺原理用于火箭回收降落過程中的姿態(tài)調(diào)整，開創(chuàng)了全新的回收火箭方案。系統(tǒng)采用STM32F103為主控，基于轉(zhuǎn)動慣量守恒，完成了將火箭核心動力機(jī)構(gòu)，采用高性能伺服系統(tǒng)和動量輪實(shí)現(xiàn)了對姿態(tài)的精準(zhǔn)調(diào)整。

視頻演示：

        本系統(tǒng)采用兩個高速旋轉(zhuǎn)的動量輪對火箭的姿態(tài)進(jìn)行控制，兩動量輪軸線相互垂直，并與火箭軸線方向垂直，以滿足火箭在任意姿態(tài)下，對其姿態(tài)的恢復(fù)。如圖所示：

主控系統(tǒng)電路設(shè)計：

根據(jù)動量輪快速控制的需求，控制核心部分采用STM32F103作為MCU，且有SWD接口方便前期程序調(diào)試。采用IAP模式進(jìn)行無線系統(tǒng)燒錄，便于后期火箭模型實(shí)測時的程序修改。

動量輪驅(qū)動模塊設(shè)計：

動量輪用來調(diào)整系統(tǒng)姿態(tài)，對于動量輪的快速控制響應(yīng)、高速控制要求極高。因此電機(jī)必須具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能，同時轉(zhuǎn)動扭矩也應(yīng)足夠大滿足轉(zhuǎn)動需求。因此選擇瑞士Maxon的直流無刷電機(jī)251601外轉(zhuǎn)子馬達(dá)作為系統(tǒng)動量輪的主要驅(qū)動裝置。

無線通訊模塊電路設(shè)計：

無線模塊主要用于系統(tǒng)調(diào)試過程中火箭模型的狀態(tài)數(shù)據(jù)回傳，便于快速高效的調(diào)試拋擲在空中的控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)藍(lán)牙無線模塊傳回的狀態(tài)數(shù)據(jù)適當(dāng)更改控制算法和修正控制模型。

 動量輪快速制動模塊

動量輪快速制動部分相當(dāng)于一個剎車裝置，通過該剎車裝置可以快速實(shí)現(xiàn)動量輪卡頓剎車，從而實(shí)現(xiàn)瞬時極大動量的轉(zhuǎn)變來大幅度調(diào)整火箭姿態(tài)。根據(jù)對于數(shù)據(jù)參數(shù)的計算，選擇GOTECK的金屬齒輪舵機(jī)GS-9025MG。

姿態(tài)儀AHRS功能架構(gòu)圖：

作品實(shí)物圖展示：