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圖2 節點控制器位置分布圖
2、操控策略
節點控制器根據其所在的節點位置按操控策略得到節點傾轉旋翼系統各執行機構的操控量，即節點旋翼總距、縱向周期變距、橫向周期變距、傾轉旋翼系統傾轉角度等操控變量，如表2 所示，4 組傾轉旋翼系統旋翼操控量如表3 所示。過渡模式中的操縱權重系數依據傾轉角三角函數計算分配得到。
節點控制器所采集到的相關狀態量可通過CAN 總線發送給主控制器，供地面監控軟件進行工況監測與數據記錄。
表2 四傾轉旋翼無人機操控策略
表3 旋翼操縱量與通道控制量關系
3、節點控制器
綜合考慮傾轉旋翼系統控制結構后，節點控制器應具備：
1） 計算處理和中斷響應要快速；
2） 傾轉旋翼系統多執行機構多通道控制輸出；
3）與主控制器間數據傳輸實時通信。
據此功能要求，選用STM32F407VGT6
嵌入式處理器自研節點控制器。所選處理器主頻為168 MHz，計算精度32 位，具有FPU
能力和豐富的外設資源，能夠滿足需求。自研的節點控制器實物圖如圖4 所示，含有PWM
輸出模塊、串口通信模塊、輸入輸出引腳接口模塊等，用于與外部設備相連。
圖4 節點控制器功能示意圖
三、CAN 總線通信模塊
CAN 總線是一種以差分信號進行數據通信的串行數據總線。由位填充、報文格式檢查以及硬件CRC 校驗等方式確保總線信息傳輸正確，具有抗干擾強、實時性好、靈活性高、成本低等特點。節點控制器以CAN 總線方式接入系統網絡，整機系統控制器拓撲結構如圖5 所示。
圖5 基于CAN 總線節點控制器拓撲結構
1、CAN 通信電平轉換
CAN 總線協議收發信號為差分電平，處理器內嵌的CAN 控制器收發信號為TTL 電平，需設計電平轉換電路?；赥JA1050 芯片的電平轉換電路如圖6 所示，節點控制器可直接與轉換電路掛接在一起。
圖6 CAN 總線電平轉換電路
2、 CAN 通信機制
CAN 總線通信協議有標準幀和擴展幀兩類。擴展幀標志符有29 位，即ID28～ID0，將此標志符位按數據基地址、收發節點號、讀/寫判斷進行位分組，如表4 所示。
表4 CAN 擴展幀標識符位分組
數據基地址由ID7～ID0 組成，主控制器和節點控制器數據區地址編址相同，數據基地址指通信數據的首地址，數據域長度由數據幀控制域DLC 定義，擴展幀ID 中不包含數據長度信息。數據域數據為主控制器或者節點控制器數據區的一組連續變量。
接收節點號由ID15～ID8 組成，發送者節點號由ID23～ID16 組成，每幀通信數據需要指定接收者節點號和發送者節點號。主控制器節點號為0，節點控制器節點號分別為1、2、3、4。
讀寫判斷標識由ID27～ID24 組成，讀寫操作相對于節點控制器，標識0000 表示寫入數據，按數據基地址更新節點控制器相應數據變量；標識0001 表示讀取數據，即節點控制器相應狀態量數據讀取回送給主控制器。
節點控制器接收一幀CAN 數據幀的處理流程如圖7 所示，數據由主控制器發送，為按飛行模式計算得到的通道控制律數據，由節點控制器接收并執行。節點控制器發送的CAN 幀數據為工況及狀態信息，由主控制器接收。
圖7 CAN 數據幀接收處理流程圖
傾轉旋翼系統操縱控制
一、旋翼槳距控制
傾轉旋翼系統變槳距控制結構與直升機相同。節點控制器收到主控器發來的通道控制量后，按操控策略分配處理得到旋翼的總距、縱橫向周期變槳距，協同作用于自動傾斜器不動環下的3個舵機，使自動傾斜器十字斜盤產生左右、前后及上下運動，帶動動環上的變距拉桿，致使旋翼槳距改變，旋翼氣動力大小和方向發生變化，四傾轉旋翼飛行器由此產生運動變化。
傾轉旋翼系統自動傾斜器舵機布局為120°均布。以1 號節點傾轉旋翼系統為例，0 號舵機在Y軸上，1 號、2 號舵機位于前后兩側。旋翼總距、縱橫向周期變距與3 個執行舵機槳距當量值關系為
式中：δ0，δ1，δ2 為0～2 號舵機的槳距控制當量值；δc，δe，δa 為總距、縱向周期變距、橫向周期變距。
舵機槳距當量值與PWM 脈寬控制量間關系由槳距標定得到，根據實驗數據經線性擬合處理得到標定公式的斜率和截距參數。某一標定實驗數據樣例如圖8 所示，對應標定結果參數如表5 所示。
圖8 槳距標定實驗數據
表5 槳距標定參數
二、旋翼轉速控制
旋翼轉速控制系統閉環控制結構方塊圖如圖9 所示，其中r（t） 為給定目標轉速，n（t）為實際轉速，c（t）為測量轉速，e（t）為轉速誤差量，帶積分飽和的位置式離散PID 控制律控制，公式如式（2）所示。
圖9 轉速閉環控制結構
式中：N 為積分飽和極限值；T 為控制周期。
傾轉旋翼系統節點控制器輸出PWM 信號至電子調速器控制電機轉速，旋翼測量轉速作為負反饋信號實現轉速閉環控制。旋翼轉速測量信號取自電機輸入信號激磁電壓信號頻率，由Hobbywing 轉速傳感器感應。經三極管導通截止得到激磁電壓方波信號，由嵌入式處理器的外部中斷機制捕獲方波信號跳變沿，并記錄跳變沿周期內的脈沖數，結合電機參數轉換為旋翼電機轉速，如式（3）所示。
