Quanser Aero 2
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便攜式兩自由度直升機及其數字孿生
Aero 2 and QLabs Virtual Aero 2

       Quanser Aero 2 是一個集成各組件于一體的雙電機航空實驗系統。主要用于本科機電一體化和控制理論的教學，以及航空航天系統的研究應用。
      該實驗系統可以用來重構多種航空器控制實驗，如單自由度姿態控制，2自由度直升機控制以及半四旋翼控制系統。系統整合了Quanser開發的QFLEX 2計算機接口技術，同時Quanser Aero 2 可以任意選擇配置個人計算機或單片機（如：Ardulno、Raspberry PI.） 以及相應的課程材料。該設備可用于建立一個先進的機電一體化控制教學實驗室，讓學生參與各種控制算法設計和創新項目，并在高質量、高精密的平臺上驗證所要研究的內容。

Quanser Aero 2 有兩種不同的容易更換的接口面板：
       Quanser Aero 2 USB（QFLEX 2 USB 面板）：Quanser控制軟件通過USB2.0接口運行在實驗室個人計算機上。Quanser Aero 2 USB可以運行在兼容 MATLAB/Simulink 的 QUARC軟件。使用USB版本，可以為控制基礎課程和項目充分利用綜合課程材料和實驗。
       Quanser Aero 2 Embedded（QFLEX 2 嵌入式 面板）：通過SPI連接單片機接口（不包含實驗），不需要額外的軟件。這個板面適合讓學生接觸各種單片機技術，以及最終的機電一體化控制項目或其他類似項目。
       Quanser Aero 2 實驗裝置包含一個可選的接口面板，也可單獨購買附加接口面板。
 
系統詳述
特點
  • 高度集成一體化的系統
  • 高效的無芯直流電機
  • 高分辨率的光學編碼器
  • 通過數字轉速表測量俯仰、偏航軸的角度以及直流電機的轉速
  • 內置電壓放大器和電流傳感器
  • 集成數據采集設備（DAQ）
  • 用戶可控的三色LED
  • 易于連接的電纜和連接器
  • 靈活的QFLEX 2計算接口，可選USB連接或者SPI連接
  • 開放式控制器設計，用戶可根據需要設計控制器
  • 完全兼容Matlab?/Simulink?
  • 提供完整的系統模型和參數
  • 提供ABET標準的數字媒體課件
  • 提供Quanser Aero 2 Embedded 的單片機實例和接口數據表
  • 提供額外的社區共享資源www.quansershare.com
 
實驗課件                
硬件集成
2 自由度直升機
單螺旋槳速度控制
      - 建模
單自由度姿態角控制
      - 線性狀態空間
      - PID 控制器設計
      - 狀態反饋控制
      - IMU介紹
      - 動態耦合
      - 傳遞函數建模和模型驗證
半四旋翼系統
      - 系統識別
      - 建模
      - 增益調節
      - 偏航控制

      - 卡爾曼濾波

設備參數
設備尺寸 (D x W x H)
18 cm x 52 cm x 40 cm
操作空間 (D x W x H)52 cm x 52 cm x 62 cm
設備重量4.7 kg
俯仰角范圍90° (± 45° from horizontal)
偏航角范圍360° Continuous
俯仰角編碼器精度2880 counts/revolution
偏航角編碼器精度 4096 counts/revolution
螺旋槳推力常數5 x 10^-4 N-s/rad
慣性推力常數0 .042 Nm/A
慣性測量單元 (IMU)IIM-42652 Compact 6-Axis MEMS Device
三軸陀螺儀量程± 500 dps
三軸加速度計量程 ± 2g


便攜式兩自由度直升機數字孿生  QLabs Virtual Aero 2

       QLabs Virtual Aero 2是Aero 2經典Quanser 雙旋翼控制系統的一個完全儀器化、動態精確的虛擬孿生。它的操作方式與物理硬件相同，完全兼容MATLAB/Simulink，可以使用MATLAB/Simulink和其它開發環境進行虛擬旋翼的測量和控制，數據實時交互，可在MATLAB/Simulink中實時更改數據，觀察虛擬旋翼的動態變化。使用者在傳統實驗的基礎上開展更多的創新實驗，將可信、真實的基于模型的實驗室體驗帶入遠程和在線航空航天與控制系統課程中。

       QLabs Virtual Aero 2提供12個月的多座位訂閱。該平臺與物理Quanser AERO 2課程兼容，該課程涵蓋建模、系統識別、姿態和速度控制、PID控制、增益調節、狀態反饋控制、耦合動力學和卡爾曼濾波等概念。    

課程
  • 硬件交互
  • 單螺旋槳速度控制
  • 極點配置狀態反饋平衡控制
  • 1自由度姿態控制配置
     PID控制
     IMU簡介
     使用傳遞函數進行建模和模型驗證
     系統標識
     增益調節
  • 2自由度直升機配置
     建模
     線性狀態空間
     狀態反饋控制
     耦合動力學
  • 半四轉子配置
     建模
     偏航控制
     卡爾曼濾波器

規格
  • 應用程序下載：Quanser學術網站
  • 操作系統：Microsoft Windows 10或更高版本
  • 支持軟件：MATLAB和Simulink R2021a或更高版本、python 3
  • 最低系統：視頻卡：Intel HD 520或等效DX11 GPU
     處理器：Core i5-6300U系列或同等產品
     內存：8 GB RAM
  • 建議系統：視頻卡：Intel UHD 620或同等GPU
     處理器：Core i7-8665U系列或同等產品
     內存：16 GB RAM
  • 至少滿足300人同時在線使用

近期部分TOP文章
（便攜式兩自由度直升機）
2024年

期刊名稱
論文名稱
作者
Automatica
Event-triggered adaptive neural fault-tolerant control for a 2-DOF helicopter system with prescribed performance
Zhijia Zhao, 
Jian Zhang, 
Zhijie Liu, 
Han-Xiong Li,
C.L. Philip Chen
IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
Neural-Network-Based Adaptive Fixed-time Control for a 2-DOF Helicopter System with Input Quantization and Output Constraints
Zhijia Zhao, 
Jiale Wu, 
Chaoxu Mu, Yu Liu, Keum-Shik Hong
IEEE Transactions on Automation Science and Engineering

Reinforcement Learning Control for a 2-DOF Helicopter With State Constraints: Theory and Experiments
Zhijia Zhao, Weitian He, Chaoxu Mu,
Tao Zou, Keum-Shik Hong,
 Han-Xiong Li

2023年

期刊名稱
論文名稱
作者
Automatica
Adaptive quantized fault-tolerant control of a 2-DOF helicopter system with actuator fault and unknown dead zone
Z. Zhao, 
J. Zhang, 
Z. Liu, 
W. He, 
K. Hong
ISA Transactions
A CONTROLLER DESIGN METHOD FOR HIGH-ORDER UNSTABLE LINEAR TIME-INVARIANT SYSTEMS
G. Shi, Z. Gao,
Y. Chen, D. Li,
 Y. Ding
IEEE Transactions on  Systems
Adaptive Broad Learning Neural Network for Fault-Tolerant Control of 2-DOF Helicopter Systems
ZhijiaZhao，Tao Zou，Tong Zhang
IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
Adaptive Neural Network Control of an Uncertain 2-DOF Helicopter With Unknown Backlash-like Hysteresis and Output Constraints
Zhijia Zhao, 
Jian Zhang, Zhijie Liu*, Chaoxu Mu, Keum-Shik Hong
IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems
Adaptive constrained control for two-degree-of-freedom helicopter system with actuator faults
Zhijia Zhao，Tao Zou，Haihong Yang，Ge Ma，
Zhifu Li，Shuangyin Liu
IEEE Transactions on Industrial Electronics
Deterministic Learning from Adaptive Neural Network Control for a 2-DOF Helicopter System With Unknown Backlash and Model Uncertainty
Zhijia Zhao, Weitian He, Fukai Zhang*, Cong Wang, Keum-Shik Hong
IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica
Neural-network-based adaptive finite-time control for a two-degree-of-freedom helicopter system with an event-triggering mechanism
Zhijia Zhao, 
Jian Zhang, Shouyan Chen, Wei He, 
Keum-Shik Hong

2022年

期刊名稱
論文名稱
作者
IEEE Transactions on Industrial Electronics
Performance-Boosting Attitude Control for 2-DOF Helicopter Applications via Surface Stabilization Approach | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore
Seok-Kyoon Kim
IEEE Transactions on Industrial Informatics
Order Reduction Approach to Velocity Sensorless Performance Recovery PD-type Attitude Stabilizer for 2-DOF Helicopter Applications
S. K. Kim, 
K. S.. Kim, 
C.. K. Ahn
IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
Adaptive Neural Network Control of an Uncertain 2-DOF Helicopter With Unknown Backlash-Like Hysteresis and Output Constraints
Z. Zhao, 
J. Zhang, 
Z. Liu, 
C. Mu, 
K. Hong
ISA Transactions
A controller design method for high-order unstable linear time-invariant systems
G. Shi, 
Z. Gao, 
Y. Chen, 
D. Li,
 Y. Ding

2021年

期刊名稱
論文名稱
作者
IEEE Transactions on Industrial Electronics
Adaptive Attitude Control of a Rigid Body with Input and Output Quantization
Siri Marte Schlanbusch; Jing Zhou; Rune Schlanbusch
Performance-Boosting Attitude Control for 2-DOF Helicopter Applications via Surface Stabilization Approach
S. K. Kim, 
C. K. Ahn
International Journal of Robust and Nonlinear Control
An alternative to proportional-integral and proportional-integral-derivative regulators: Intelligent proportional-derivative regulators
M. Fliess; 
C. Join