一种无人机飞行控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无人机飞行控制器，包括飞行控制器顶盖(1)，上层减震海绵(2)，IMU模块(3)，下层减震海绵(5)，飞行控制器底板(9)；飞行控制器顶盖(1)，上层减震海绵(2)，IMU模块(3)，下层减震海绵(5)和飞行控制器底板(9)从上到下依次排列连接；IMU模块(3)包裹于上层减震海绵(2)和下层减震海绵(5)之间。所述的无人机飞行控制器还包括设置于飞行控制器底板(9)上的内置电源；内置电源包括开关稳压器和线性稳压器；开关稳压器的输入端经电池连接线接电池，输出端接线性稳压器，线性稳压器的输出端为飞行控制器的内部设备供电。本实用新型专利技术的无人机飞行控制器所受干扰小，姿态解算和控制稳定。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及无人机飞行控制领域，具体涉及一种无人机飞行控制器。
技术介绍
无人机飞行控制器是无人机的核心控制部件，其任务是接收来自内部传感器(陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、温度计、电压计)和外部传感器(GNSS定位装置、外部磁力计)的数据，通过特定的飞行控制算法转换成电子调速器所需的控制信号，从而改变和控制无人机的姿态(俯仰/横滚/航向情况)、地理位置和高度。目前，大多数无人机飞行控制器通过外部供电模块进行供电，外部供电模块供电电压噪声和波动较大，同时由于地线与飞行控制器的距离较远，容易对飞行控制器造成干扰；大多数无人机飞行控制器采用IMU(Inertialmeasurementunit，惯性测量单元)硬连接，由于无人机飞行时螺旋桨产生的震动，将导致IMU采集的数据容易受到干扰，从而造成姿态解算的不稳定性。目前主流的飞行姿态解算方法的输出量是是欧拉角，而飞行控制方法是以欧拉角作为内部控制对象对机体的姿态进行控制，欧拉角具有万向锁缺陷，不能适用于全姿态的控制，限制了无人机的运动幅度，同时由于包含三角函数运算，增加了处理器负担，降低了控制的实时性。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种无人机飞行控制器，所受干扰小，姿态解算和控制稳定。本技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种无人机飞行控制器，包括飞行控制器顶盖1，上层减震海绵2，IMU模块3，下层减震海绵5，飞行控制器底板9；飞行控制器顶盖1，上层减震海绵2，IMU模块3，下层减震海绵5和飞行控制器底板9从上到下依次排列；IMU模块3包裹于上层减震海绵2和下层减震海绵5之间。IMU模块中集成有三轴加速度计、三轴磁力计和三轴陀螺仪；IMU模块的测量数据传输到飞行控制器底板上的CPU进行姿态解算。所述飞行控制器顶盖1，上层减震海绵2，IMU模块3，下层减震海绵5和飞行控制器底板9从上到下依次排列连接，连接介质均为双面不导电胶。所述上层减震海绵2与下层减震海绵5的面积均大于IMU模块3的面积；IMU模块3设置于上层减震海绵2与下层减震海绵5之间的中心位置；上层减震海绵2与下层减震海绵5对应于IMU模块3之外的部分相连接；连接介质为双面不导电胶。所述无人机飞行控制器，还包括设置于飞行控制器底板9上的内置电源；所述内置电源包括开关稳压器和线性稳压器；开关稳压器的输入端经电池连接线接电池，输出端接线性稳压器，线性稳压器的输出端为飞行控制器的内部设备(包括飞行控制器底板9上面的CAN收发器、CPU、辅助CPU、通信缓冲器、非易失性存储器和LED指示器和IMU模块3等)供电。所述开关稳压器为Buck型DC-DC开关稳压器TPS54160；所述线性稳压器为高精度低压差SPX1117M3线性稳压器；Buck型DC-DC开关稳压器TPS54160的5V输出连接线通过内部线路连接至线性稳压器SPX1117M3，输出高精度低纹波的3.3V直流电压；TPS54160Buck型DC-DC开关稳压器的环路补偿部分采用一颗102K-1％电阻和一颗2.2nF/50V低ESR陶瓷电容串联，再并联一颗1.5pF/50V低ESR陶瓷电容；TPS54160Buck型DC-DC开关稳压器的输出反馈电阻设置为52.6K和10K串联，输出调整为5V直流；SPX1117M3线性稳压器的输入端，即5V输出连接线上并联有一颗4.7uF/10V陶瓷电容，SPX1117M3线性稳压器的输出端与飞行控制器内部设备的电源端之间并联有一颗100uF/10V低ESR陶瓷电容和一颗100nF/16V陶瓷电容。所述无人机飞行控制器，还包括电子调速器信号输出插座板6和外部传感器和外设模块信号插座板7；电子调速器信号输出插座板6和外部传感器和外设模块信号插座板7的底部均与飞行控制器底板9垂直连接，连接点分别处于飞行控制器底板9相对两侧的边缘；电子调速器信号输出插座板6和外部传感器和外设模块信号插座板7的顶部均与飞行控制器顶盖1垂直连接，连接点分别处于飞行控制器顶盖1相对两侧的边缘；连接介质采用固态焊锡膏。飞行控制器底板9与电子调速器信号输出插座板6通过它们之间连接处的金手指焊接相连，飞行控制器底板6与外部传感器和外部信号插座板7通过它们之间连接处的金手指焊接相连。所述电子调速器信号输出插座板6和外部传感器和外设模块信号插座板7的接插件为2.54mm镀金排针8，其中电子调速器信号输出插座板6包含两排排针，每排18根，外部传感器和外设模块信号插座板7包含两排排针，每排17根。所述电池连接线分为两段，前面一段位于电池和飞行控制器之间，为硅胶导线，通过外部传感器和外设模块信号插座板7与飞行控制器相连；第二段位于飞行控制器内部的印刷电路板上，第二段导线上串联有500mA自恢复型保险丝；500mA自恢复型保险丝的电流输出端还经4.7uF/50V低ESR陶瓷电容连接飞行控制器内部的公共地。所述飞行控制器底板9上设有印刷电路板和CPU11；CPU与印刷电路板通过电子线路连接；IMU模块3与飞行控制器底板9上分别设置有IMU模块14P上接翻盖式FPC座4和主控底板14P上接翻盖式FPC座10；IMU模块3与飞行控制器底板9通过FPC座及FPC软排线连接。所述无人机飞行控制器，其姿态解算方法以空间姿态矢量为控制对象，具体包括以下步骤：1)对原始三轴加速度计数据进行误差修正和规范化，得到修正后的三轴加速度计数据记为：aXN，aYN，aZN；2)对原始三轴磁力计数据进行误差修正和规范化，得到修正后的三轴磁力计数据记为：mXN，mYN，mZN；3)对步骤1)和2)中的两组修正后的数据进行融合，得到第一姿态矩阵；4)对原始三轴陀螺仪数据进行误差修正，得到修正后的三轴陀螺仪数据记为gX、gY、gZ；将修正后的三轴陀螺仪数据与上一个控制周期得到的第三姿态矩阵进行融合，得到第二姿态矩阵；第三姿态矩阵的初始值等于第一个控制周期得到的第一姿态矩阵的值；5)将第一姿态矩阵和第二姿态矩阵进行融合，得到该控制周期的第三姿态矩阵，即融合后的方向余弦矩阵。所述无人机飞行控制器，在进行姿态解算后，通过以下步骤进行姿态控制：从第三姿态矩阵中提取出平衡矢量B和航向矢量Y；其中平衡矢量为第三姿态矩阵中第三行元素构成的向量：(c31，c32，c33)航向矢量为第三姿态矩阵第一行第一列的元素与第二行第一列的元素构成的向量：(c11，c21)。再利用期望平衡矢量与实际平衡矢量之差来控制机体平衡；当期望平衡矢量不等于实际平衡矢量时，计算平衡矢量差；然后将平衡矢量差转换成电机矩阵控制量，最后将电机矩阵控制量解耦为各个电机的控制量。利用期望航向矢量与实际航向矢量之差来控制机体航向；当期望航向矢量不等于实际航向矢量时，计算航向矢量差；然后将航向矢量差转换成电机矩阵控制量，最后将电机矩阵控制量解耦为各个电机的控制量。有益效果：本技术采用了内置DC-DC和线性稳压器供电方式，供电系统采用内置的高效率小封装，Buck型DC-DC开关降压稳压器，将7.2V至30V的外部电压转换成5V,然后使用了1％精度的超低噪声线性稳压器进一步将5V转换成3.3V，为CPU和IMU模块供电。该方式不仅提高了供电质量和供电稳定性，纹波电压小，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机飞行控制器，其特征在于，包括飞行控制器顶盖(1)，上层减震海绵(2)，IMU模块(3)，下层减震海绵(5)，飞行控制器底板(9)；飞行控制器顶盖(1)，上层减震海绵(2)，IMU模块(3)，下层减震海绵(5)和飞行控制器底板(9)从上到下依次排列；IMU模块(3)包裹于上层减震海绵(2)和下层减震海绵(5)之间。

【技术特征摘要】
1.一种无人机飞行控制器，其特征在于，包括飞行控制器顶盖(1)，上层减震海绵(2)，IMU模块(3)，下层减震海绵(5)，飞行控制器底板(9)；飞行控制器顶盖(1)，上层减震海绵(2)，IMU模块(3)，下层减震海绵(5)和飞行控制器底板(9)从上到下依次排列；IMU模块(3)包裹于上层减震海绵(2)和下层减震海绵(5)之间。2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制器，其特征在于，飞行控制器顶盖(1)，上层减震海绵(2)，IMU模块(3)，下层减震海绵(5)和飞行控制器底板(9)从上到下依次排列连接，连接介质均为双面不导电胶。3.根据权利要求2所述的无人机飞行控制器，其特征在于，上层减震海绵(2)与下层减震海绵(5)的面积均大于IMU模块(3)的面积；IMU模块(3)设置于上层减震海绵(2)与下层减震海绵(5)之间的中心位置；上层减震海绵(2)与下层减震海绵(5)对应于IMU模块(3)之外的部分相连接；连接介质为双面不导电胶。4.根据权利要求1所述的无人机飞行控制器，其特征在于，还包括设置于飞行控制器底板(9)上的内置电源；所述内置电源包括开关稳压器和线性稳压器；开关稳压器的输入端经电池连接线接电池，输出端接线性稳压器，线性稳压器的输出端为飞行控制器的内部设备供电。5.根据权利要求4所述的无人机飞行控制器，其特征在于，所述开关稳压器为Buck型DC-DC开关稳压器TPS54160；所述线性稳压器为SPX1117M3线性稳压器；Buck型DC-DC开关稳压器TPS54160的5V输出连接线通过内部线路连接至线性稳压器SPX1117M3，输出3.3V直流电压；SPX1117M3线性稳压器的输入端，即5V输出连接线上并联有一颗4.7uF/10V陶瓷电容，SPX1117M3线性稳压器的输出端与飞行控制器内部设...

【专利技术属性】
技术研发人员：弓箭，
申请(专利权)人：湖南绿野航空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43