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亮剑Altera亚洲创新设计大赛
——记自动化学院惯导所研究生创新团队
作者
贾天添
来源
工学周报
点击数
更新时间
2009-10-22

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大赛简介:连续举办6年的 2009 Altera 亚洲创新设计大赛,不仅是亚太区最高荣誉的 FPGA 设计竞赛,更是顶尖电机、信息、理工专业学生必挑战的竞技场。竞赛旨在推动大学生利用多方设计资源,呈现最前瞻的作品,提高学生对 FPGA 设计的兴趣与设计技巧,并使其创新与创造力得以发挥和实现。

作品简介:我校参赛作品采用Al-tera公司的FRGA器件,结合了MEMS惯性器件,运用先进的SOPC理念和方位、姿态检测技术及无刷电机控制技术,设计出一个复杂的多输入、多输出的姿态控制系统。经过团队半年多的努力和教师的辛勤指导,作品实现了原理样机的试飞,在比赛中获得了专家评委的一致好评。该作品在航拍、消防、资源普查、公安警卫、交通运输、地质勘探、环境保护等诸多领域均有很大的应用价值,目前已受到国内外许多企业的关注。

团队简介:阙兴涛,获成绩保研资格,现在读研三,2008年亚洲创新设计大赛自动化学院参赛队伍主力,参赛作品“自主导航式智能汽车”;2009年3月参加Altera中国大学生电子设计文章竞赛,其作品“捷联式导航计算机的最优NiosII构建”获优秀奖。

刘伟,获个性化保研资格,现在读研一,大一加入E维协会,曾获中国机器人大赛空中机器人项目冠、亚军各一项,全国挑战杯三等奖,黑龙江省挑战杯特等奖。

王璐,获成绩保研资格,现在读研一,大三加入自动化学院“飞思卡尔杯”智能车比赛团队,曾获“飞思卡尔杯”智能汽车大赛东北赛区一等奖、全国二等奖和“五四杯”三等奖3项。

2009 Altera 亚洲创新设计大赛决赛成绩16日出炉。我校自动化学院教师许德新指导,阙兴涛、刘伟、王璐同学制作的《基于SOPC的微型四旋翼无人飞行器的设计》夺得大赛唯一特等奖。指导教师许德新获卓越导师奖。

Altera亚洲创新设计大赛是一个创新学习和良性竞争的比赛机会。3位勇于梦想、敢于挑战的学生,尽情发挥创造力並验证设计想法,把自己的心血结晶,呈现在世界的舞台上,在这个进入产业界前最重要的前哨战中发出最耀眼的光彩。

三个有机结合 一个学生科技创新的新模式

3个参赛队员都是自动化学院惯性导航与测控技术研究所的研究生。他们以教研室课题组的项目和专业技术为平台,做了继承性和创新性的科研方向的延伸。这是一个学生科技创新的新模式。获奖作品“基于SOPC的微型四旋翼无人飞行器的设计”凭借较高的技术含量、专业化程度和复杂程度获得了大赛组委会评委的一致好评。

高延滨老师负责的402教研室将“通识性教育”和“个性化培养”相结合,将人才培养与课题研究相结合,引导学生将完成学业与养成创新素质相结合,探索了一个不同于“竞赛牵引”的学生科技创新的新模式。学生在进入教研室学习后,先参加一个学期或更长时间的基础知识学习,即“通识性教育”阶段。打好专业基础后,再根据学生兴趣进行研究方向和领域的选择,进入“个性化培养”阶段:学生的科研选题不局限于指导教师熟悉的题目和领域,以发挥年轻教师和青年学生开放性思维为特点,不断延伸科研领域,创新科技成果。以这次夺得特等奖为标志,这个学生科技创新的新模式已经开始散发光彩。

三个工科研究生 一个不可分割的整体

在2009 Altera 亚洲创新设计大赛开赛之前,阙兴涛和刘伟就已经着手做一个小型无人机的姿态控制系统。这是许德新老师的提议,因为这个项目涉及到的机械结构简单,需要用到的主要是电路方面的知识。3月,在网上看到报名通知后,他和刘伟决定参赛。经过刘伟的推荐,擅长控制算法的王璐加入团队。至此,一个准备参赛的团队正式成立。

阙兴涛是这个团队的负责人,主要负责系统硬件构建。刘伟负责硬件部分的姿态检测。王璐主要负责控制算法。怎样用通俗的语言形容他们的工作?用他们的话说,就是:“一个人如果只有四肢,是动不起来的。只有有了大脑的支配和神经的传导,才能行动自如。我们做的,就是怎样让人动起来”。

“第一次做飞的东西,有点没底”,阙兴涛这样想,却在刘伟和王璐的面前表现得自信满满,只有这样,才能坚定大家的信心。面临就业,阙兴涛压力很大,但他却挤出所有的空闲时间泡在实验室,用严谨的科研精神、用追求完美的科研态度,以身作则。王璐和刘伟是好哥们儿,平时干什么都是有商有量,当谁也无法说服对方的时候,他们就做出2套方案,最终找到一个折中的办法……在历时近7个月的备战、参赛过程中,他们面对学术坚持己见而又善于倾听,各司其职而又相辅相成。

获奖,并不是他们参赛的初衷。他们把比赛日期作为一个时间节点,用以促进项目开发的进度。当然,他们也想通过比赛对自己的实践成果进行权威的检验。在这场赛事中,他们最大的收获,就是深刻体会到了什么是团队精神。

三个技术难点 一场旷日持久的攻坚战

旋翼飞行器的研制,在国外很普遍,但在国内还是一个很少有人涉猎的领域。在比赛的过程中,他们边做边学,克服了很多的困难,破解了无数的瓶颈,没有人想过放弃。“第一次犯的错误可以原谅”、“调试的时候问题出现得越多越好,只有这样,系统才会越来越完善”、“没有解决不了的问题,只有还没发现的问题”,他们如是说。

控制算法、姿态检测、电调是3个最主要的技术难点。在设计程序时,3个人设计了很多方案。导航的算法有成熟的理论基础,但是执行周期长,他们就把复杂的算法简单化,最终形成了一套适合飞机小角度倾斜的算法。实验初期,他们采用的是成品电调,但是这种成品电调反应慢,不适用于他们的姿态控制系统。无奈之下,他们只好“自力更生”,自己研制了一种反应快的电调。第一版的样机是刘伟用半天时间做出来的,用的是5*5的松木。但这个木制样机重量大,在配重方面存在严重的缺陷,不仅容易导致重心的不对称,还容易变形。经过多次试验后,样机经历了木材、金属、不锈钢3个版本,才最终确定。这个不锈钢制作的样机,在结构、外观上终于达到了要求。

进入9月份,离比赛的日子越来越近了,王璐拔掉电脑上的网线,立志“不做好控制系统,绝不上网”。为了避免受伤,在调试样机时,3个人戴着“咸蛋超人”的面具,手套、围脖,穿上厚厚的衣服。暑假期间,为了尽快的做好项目,3个人整天呆在E维协会的地下实验室里。手机在地下室接收不到信号,他们就过起了每天超过14个小时的与世隔绝的日子……

模型从木质到不锈钢、样机从不能飞到能飞、由飞行时震动得很厉害到状态稳定,3个人披荆斩棘,靠自学来的知识,打开了一个科技创新的新领域,不仅成功的做好了项目,更吸收了专业学习中难以企及的知识。这场攻坚战,打得漂亮!

三次有惊无险 一场来之不易的胜利

样机从不能飞到能飞,这是一个阶段性的进步。在试飞的前一夜,3个人集体失眠了。第2天,彻夜未眠却异常亢奋的3个人在看到试飞成功后,抱在一起大声呼喊。这时,放在桌子上的样机螺旋桨突然旋转起来,眼看就要撞到墙上。阙兴涛和王璐手疾眼快,忙用手按住飞机。样机保住了,阙兴涛的手却被重重的撞了一下,青肿了一大片。王璐的手也被电路板上的针深深刺伤,拔掉指针后,鲜血淋漓。谈及此事,他们说:“当时是下意识这么做的。如果不用手去抓住样机,不仅我们几个月的辛苦白费了,也会与比赛失之交臂”。

比赛的前一天,一直状态十分稳定的样机在试飞的时候突然失灵。明天就要踏上参赛的征程,“武器”却突然失灵,3个孩子急坏了。整个教研室的老师、学生全部上阵,经过周密的检查,终于确定问题是出在供电系统。在老师的指导和大家的帮助下,这个问题终于在凌晨时分得以解决。

由于旅途颠簸,样机在去上海的路途中轻微变形,导致系统出现不稳定。到了宾馆后,3个人顾不得休息,连夜奋战,终于赶在比赛正式开始前把样机调整至最佳状态。不过他们还是不能放下心来,在看到样机在比决赛现场博得阵阵掌声后,他们才长舒了一口气。

没有灯光辉煌的颁奖台,没有金光闪闪的奖杯,没有感人肺腑的获奖感言。比赛结束的第二天,阙兴涛就回到哈尔滨参加招聘会。收到获奖信息的邮件后,阙兴涛给刘伟和王璐发了一条短信。这就是3个人的胜利,他们用平常心面对。“如果一个人刚取得一点成果,就到处去卖狗皮膏药,他的学术生涯也就到此为止了”、“对这个项目我们投入了很大的精力,无论拿奖与否,我们都有成就感”、“比赛是对项目研制的一个总结,更是一股促进我们把项目做大、做好的力量,我们对未来有更加美好的设想”、“我们只是在尽力缩短和高手之间的差距”……

三个最想感谢的对象 一所至真至善的大学

“想感谢的人很多,如果要我们选出最想感谢的3个‘人’,那就是我们的学校、老师和同学”。

实验室为他们提供了实验经费、场地、设备支持和技术指导。教研室的老师更是他们的精神支柱,不仅为他们指引大方向、把关,还要帮他们分析解决问题的方法。多少个深夜里,老师们亲自到实验室询问进度,和他们聊天,给他们打气,帮他们放松精神。多少个紧要关头,老师们拿着精心整理的数据和书籍,来帮他们攻克难关。多少个节假日,老师们放弃休息,和他们一起加班加点,食无定时……

在科创社团的实践经历,为他们后来成功的搞好项目并参赛获奖打下了殷实的基础。在E维协会和“飞思卡尔”,他们学到了搞科研的方法和精神,这是他们最为宝贵的财富之一。在模型制作和操纵样机等方面,社团的老师给与他们很重要的技术指导。同学们也会帮他们出谋划策,做些力所能及的事情。

校团委及时在办公系统发布大赛报名的信息、组织参赛,和自动化学院联手推进参赛事宜,积极与大赛管委会联系沟通,做好参赛方案,请新华社、哈报、省报为参赛作品进行包装,并为3人参赛提供经费支持。

……

在学生科技创新的路上,我们的学校和老师,为他们营造了良好的氛围,为他们提供了丰富的物质条件和无私的技术指导。

大学生科技创新活动的成果通过竞赛得以展示,成为学校人才培养水平的一个外向窗口。

在这样一所崇尚至真至善的大学里,科技创新的氛围笼罩着整个校园,科技创新的理念深入每个人的心里,科技创新的舞台为每个人敞开……

编辑:B_xiaohui  审核:B_xiaohui
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