产品概述

二自由度直升机实验平台（ETLAB Heli 2）是一款高度集成的双电机航空实验系统，主要用于本科机电一体化和控制理论教学，以及航空航天系统研究。它能重构多种航空器控制实验，通过整合 Interface 计算机接口技术，可搭配个人计算机或单片机开展实验。该平台主要由基座、俯仰枢轴、偏航枢轴、螺旋桨等构件组成，利用无芯直流电机驱动，通过控制螺旋桨产生的升力和电压差实现俯仰和偏航运动。同时，提供完整的系统模型和参数，助力用户进行控制算法设计、创新项目研究及相关理论验证。

适用平台：

支持个人计算机或单片机（如 STM32、Arduino、Raspberry PI）作为控制端，通过 QFLEX 2 计算接口（可选 USB 连接或者 SPI 连接）与实验平台连接。

适用软件：

完全兼容 Matlab®/Simulink®，利用其强大的计算、建模和仿真功能，可进行系统建模、控制器设计、仿真分析等操作，如建立直升机动力学模型、设计 LQR 控制器并进行仿真验证。

产品特点

• 高度集成一体化：各组件集成度高，形成完整实验系统，减少外部设备连接的复杂性，方便使用和管理。
• 电机性能优良：采用高效无芯直流无刷电机，为系统提供稳定动力，保障实验的可靠运行。
• 测量精准：配备高分辨率光学编码器，结合数字转速表，能精确测量俯仰、偏航轴的角度及直流电机转速，为实验数据采集提供高精度支持。
• 功能集成丰富：内置电压放大器、电流传感器和集成数据采集设备（DAQ），方便对实验过程中的电信号和其他数据进行采集、处理和分析；用户可控的三色 LED 可用于指示实验状态或故障诊断。
• 连接方式灵活：具有灵活的 QFLEX 2 计算接口，支持 USB 连接或 SPI 连接，便于与不同设备进行通信和数据传输。

适用场景

• 本科机电一体化教学：学生通过操作该平台，深入理解机电系统的机械结构、电气控制原理。例如，分析直升机的基座、枢轴、螺旋桨等机械结构，以及电机驱动、传感器测量等电气系统，掌握机电一体化系统的设计和调试方法。
• 控制理论教学：用于讲解 PID 控制、状态反馈控制、LQR 控制等控制算法。学生可在平台上实践不同控制算法对直升机俯仰和偏航运动的控制效果，对比分析其优缺点，加深对控制理论的理解和应用能力。
• 航空航天系统研究：科研人员利用该平台研究直升机动力学模型、非线性控制方法等。通过实验获取直升机运动数据，验证和改进理论模型，探索更精准的控制策略，为实际航空航天系统的设计和优化提供参考。

参数规格

参数类别	具体参数
机械结构	主要构件：基座、俯仰枢轴、偏航枢轴、螺旋桨 电机安装位置：左右螺旋杆底部，各安装1个无芯直流电机 转动惯量：电机$4.0×10^{-5}kg·m^{2}$
动力与控制	电机类型：无芯直流电机 电机额定参数：输入电压18.0V，转矩22.0 mN·m，转速3050r/min，电流0.540A，终端电阻8.4Ω，转子电感1.16 mH
传感器与测量	编码器（用于测角度）：俯仰轴E8P - 512 - 118型
电气特性	内置设备：电压放大器、电流传感器、数据采集设备(DAQ) 工作电压（测试设定值）：俯仰转子$V_{P}$和偏航转子$V_{y}$均为20V
其他	LED：用户可控三色LED 计算接口：QFLEX 2计算接口，可选USB或SPI连接

相关课程

• 控制理论课程：如自动控制原理、现代控制理论等，学生通过该平台实践 PID 控制、状态空间分析、LQR 控制等理论知识。
• 机电一体化课程：涉及机械结构分析、电气系统控制等内容，帮助学生理解机电系统的协同工作原理。
• 航空航天类课程：在飞行器控制、动力学建模等课程中，用于研究直升机等飞行器的控制特性和建模方法。
• Matlab/Simulink 应用课程：学习使用 Matlab/Simulink 进行系统建模、仿真和分析，掌握其在工程领域的应用技巧。