一种多旋翼无人机自动飞行控制系统技术方案

一种多旋翼无人机自动飞行控制系统，包括飞行控制计算单元、全手动控制单元、无线信号传输单元和电机驱动单元，飞行控制计算单元输出端连接全手动控制单元输入端,全手动控制单元输出端连接电机驱动单元的输入端；飞行控制计算单元由飞行姿态推导装置、姿态控制器、飞行速度检测校正装置、速度控制器、飞行位置检测校正单元、飞行位置控制器、GPS导航传感器、惯性测量传感器和气压传感器构成；全手动控制单元由三轴陀螺仪传感器和角速度控制器构成；无线信号传输单元由地面站信号收发单元、遥控器信号接收单元构成。本实用新型专利技术能够实现多旋翼无人机的多点自动飞行，在自动飞行控制器出现故障时切换为全手动控制避免坠机现象发生。

【技术实现步骤摘要】
一种多旋翼无人机自动飞行控制系统
本技术涉及一种多旋翼无人机飞行控制装置，尤其涉及一种基于双控单元的多旋翼无人机自动飞行控制系统。
技术介绍
近年来，各国兴起了无人直升机的研发热，新研发的无人直升机在各大洲竞相出现，并且在军事、紧急事件响应、监测、航拍和精密农业管理等方面扮演重要作用。多旋翼无人机，构造比较简单，价格也比较低廉，最重要是它不需要发射系统，还能垂直起降，对起飞环境无要求，与固定翼相比最大的优势是能够在空中自由悬停，而且飞行灵活性相当高超，可用各种速度，各种飞行剖面的航路进行飞行，因而比固定翼无人机在侦查、营救等艰难任务环境中，更具有应用优势。 目前市场上的多旋翼无人机控制器多采用一个核心计算单元，当无人机传感器单元遇到很强的信号干扰或GPS导航传感器信号突然丢失时，核心计算单元发会发生失稳或死机现象，操作者无法从自动飞行模式切换成手动飞行模式，导致炸机和飞丢，造成安全隐串 ■/Q1、O
技术实现思路
本技术就是针对上述问题提供一种多旋翼无人机自动飞行控制系统，能够在依赖GPS导航传感器信号时实现多旋翼无人机的多点自动飞行，在自动飞行控制器出现故障时切换为全手动控制避免坠机现象发生。 为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是:一种多旋翼无人机自动飞行控制系统，包括:飞行控制计算单元、全手动控制单元、无线信号传输单元和电机驱动单元；飞行控制计算单元输出端连接全手动控制单元输入端，全手动控制单元输出端连接电机驱动单元的输入端。 飞行控制计算单元由飞行姿态推导装置、姿态控制器、飞行速度检测校正装置、速度控制器、飞行位置检测校正单元、飞行位置控制器、惯性测量传感器aMU)、GPS导航传感器和气压传感器连接构成；全手动控制单元由三轴陀螺仪传感器和角速度控制器构成。 无线信号传输单元由地面站信号收发单元、遥控器信号接收单元构成。 惯性测量传感器(MU)输出三轴加速度信号、三轴角速度信号和三轴地磁信号，构成9自由度姿态传感器。9自由度IMU信号输出端与飞行姿态推导装置输入端连接，飞行姿态推导装置输出端连接姿态控制器，姿态控制器输出端连接全手动控制单元中的角速度控制器的输入端，角速度控制器输出端连接电机驱动单元；三轴陀螺仪传感器的输出端连接至全手动控制单元的角速度控制器。GPS导航传感器输出的速度信号和飞行姿态推导装置输出的角加速度信号的输出端同时连接于飞行速度检测校正装置的输入端，飞行速度检测校正装置的输出端与速度控制器的输入端连接，速度控制器的输出端与姿态控制器相连接；气压传感器输出的气压信号和GPS导航传感器输出的经纬度信号连接到飞行位置检测校正装置，飞行位置检测校正装置的输出端连接飞行位置控制器，飞行位置控制器的输出端连接速度控制器。 根据以上结构的本技术，其特征在于，所述无人机自动飞行控制系统其飞控计算单元的输入端口连接地面站信号收发单元；全手动控制单元的输入端连接至遥控器信号接收单元；无人机自动飞行控制系统的控制器包含了实现自动飞行控制的飞行控制计算单元和实现全手动飞行的全手动控制单元；无人机自动飞行控制系统还进一步包括了与遥控器地面站通信的无线信号传输单元。 本技术的有益效果是: 1.本技术采用分离式的飞行控制计算单元和全手动控制单元，保证了运算与控制的精确性和实时性，系统可以在全手动模式和自动飞行模式间切换。 2.控制系统内置一个16通道的GPS导航传感器，提供了优越的定位精度，可以全自主高精度地实现悬停和多路点飞行。 3.采用集成的Mti高可靠性MU惯性导航传感器，可以对无人机进行高精度、高稳定性的姿态控制。 4.本技术采取位置控制器、速度控制器、姿态控制器、角速度控制器层层嵌套的设计方案，使得飞行更加流畅平稳，机身抖动更小，并且操作者可以根据需要在几种飞行模式间任意换切。 【附图说明】 图1是本技术飞行控制计算机原理框图； 图2是本技术控制系统硬件连接图； 图3本技术GPS导航传感器电路图； 图4本技术气压传感器电路图； 图5本技术全手动控制单元DSP (数字信号处理器)电路图； 图6是本技术飞行控制计算单元SH单片机电路图。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例子对本技术做进一步详细说明。 如附图1所示为本技术飞行控制计算机原理框图，在飞行控制系统中设置有飞行控制计算单元和全手动控制单元两部分。飞行控制计算单元又包括，飞行姿态推导装置、姿态控制器、飞行速度检测校正装置、速度控制器、飞行位置检测校正单元、位置控制器、IMU惯性测量传感器、GPS导航传感器和气压传感器。IMU惯性测量传感器输出三轴加速度信号、三轴角速度信号和三轴地磁信号，构成9自由度姿态传感器；GPS导航传感器输出的信号包括经度信号、纬度信号和速度信号；气压传感器输出气压信号；全手动控制单元由角速度控制器和三轴陀螺仪传感器，全手动控制单元的输出与电机驱动单元连接。 上述装置连接关系为:MU惯性测量传感器、飞行姿态推导装置、姿态控制器、角速度控制器、电机驱动装置相连；GPS导航传感器分别与飞行速度检测校正装置和飞行位置检测校正装置相连；飞行姿态推导装置、飞行速度检测校正装置和飞行位置检测校正装置顺序相连；飞行速度检测校正装置、速度控制器、姿态控制器顺序相连；气压传感器连接至飞行位置检测校正装置；飞行位置检测校正装置、飞行位置控制器、速度控制器顺序相连；三轴陀螺仪传感器、角速度控制器、电机驱动装置顺序相连。 附图2是本技术控制系统硬件连接图。飞行控制系统的飞控计算单元连接有无线信号传输单元中的地面站信号收发单元；全手动控制单元连接有无线信号传输单元中的遥控器信号接收单元和电机驱动单元；各装置工作原理为: 1、姿势控制模式:飞行控制计算单元对IMU惯性测量传感器测得的三轴加速度数据Al、三轴角速度数据A2、以及三轴地磁数据A3进行处理分析，进行飞行姿态计算BI，产生姿态数据B2 ;进行姿态控制处理B3 ;计算出姿态控制参数B4 ;姿态控制参数B4，作为全手动控制单元的输入进行角速度控制处理Dl ;计算出角速度控制参数D2 ;全手动控制单元输出端口，与电机驱动装置相连，见图1 ; 2、速度控制模式:飞行控制计算单元对三轴加速度数据Al进行积分运算，并引用从GPS传感器获得的速度数据Cl，进行校正C2，产生飞行速度数据C3 ;进行速度控制处理C4;计算出速度控制参数C5;速度控制参数C5作为姿态控制器输入，进行姿态控制处理B3 ;计算出姿态控制参数B4 ;姿态控制参数B4，作为全手动控制单元的输入进行角速度控制处理Dl ;计算出角速度控制参数D2 ;全手动控制单元输出端口，与电机驱动装置相连。 3、位置控制模式:飞行控制计算单元引用GPS导航传感器测得的经纬度E1、气压传感器气压数据H1，以及飞行速度数据C3，进行飞行位置计算和校正E2 ;经过飞行位置控制器处理E3，计算出位置控制参数E4 ；位置控制参数E4作为速度控制器的输入进行速度控制处理C4 ;计算出速度控制参数C5;速度控制参数C5作为姿态控制器输入，进行姿态控制处理B3 ;计算出姿态控制参数B4 ;姿态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多旋翼无人机自动飞行控制系统，其特征在于：包括飞行控制计算单元、全手动控制单元、无线信号传输单元和电机驱动单元，飞行控制计算单元输出端连接全手动控制单元输入端，全手动控制单元输出端连接电机驱动单元的输入端；    飞行控制计算单元由飞行姿态推导装置、姿态控制器、飞行速度检测校正装置、速度控制器、飞行位置检测校正单元、飞行位置控制器、GPS导航传感器、惯性测量传感器和气压传感器构成；       全手动控制单元由三轴陀螺仪传感器和角速度控制器构成；        无线信号传输单元由地面站信号收发单元、遥控器信号接收单元构成。

【技术特征摘要】
1.一种多旋翼无人机自动飞行控制系统，其特征在于:包括飞行控制计算单元、全手动控制单元、无线信号传输单元和电机驱动单元，飞行控制计算单元输出端连接全手动控制单元输入端，全手动控制单元输出端连接电机驱动单元的输入端； 飞行控制计算单元由飞行姿态推导装置、姿态控制器、飞行速度检测校正装置、速度控制器、飞行位置检测校正单元、飞行位置控制器、⑶3导航传感器、惯性测量传感器和气压传感器构成； 全手动控制单元由三轴陀螺仪传感器和角速度控制器构成； 无线信号传输单元由地面站信号收发单元、遥控器信号接收单元构成。2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机自动飞行控制系统，其特征在于:惯性测量传感器为输出三轴加速度信号、三轴角速度信号和三轴地磁信号的9自由度姿态传感器。3.根据权利要求1或2所述的多旋翼无人机自动飞行控制系统，其特征在于:惯性测量传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德斌，
申请(专利权)人：湖北省机电研究设计院股份公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42