多旋翼无人机的飞控系统和多旋翼无人机技术方案

本公开涉及一种兼顾减振效果和控制性能的多旋翼无人机的飞控系统和多旋翼无人机，所述飞控系统包括：控制器单元，包括控制器主体；传感器单元，与控制器单元连接并采集激励载荷频率信号，其中的低频信号为飞控系统所需的控制信号，其中的高频信号包括旋翼施加给飞控系统的激励载荷频率信号；减振单元，包括阻振件和配重块，传感器单元固定于配重块；具有弹性的限位件，且限位件的刚度和阻尼比均小于阻振件，其中，限位件、配重块和阻振件位于飞控系统的封闭空间中并沿纵向依次层叠且其中相邻两者彼此连接；阻振件和配重块使减振单元固有频率高于低频信号且低于高频信号，减振单元对低频信号的放大因子β为1.0～1.2，对高频信号的放大因子β小于0.5。放大因子β小于0.5。放大因子β小于0.5。

Flight control system and multi rotor UAV

【技术实现步骤摘要】
多旋翼无人机的飞控系统和多旋翼无人机


[0001]本公开涉及无人机领域，具体地，涉及一种多旋翼无人机的飞控系统和多旋翼无人机。

技术介绍

[0002]飞控系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。无人机在飞行的过程中，飞控系统会受到各种激励载荷的作用而产生振动，这些振动会使得飞控系统中的元器件松动甚至损坏，从而影响飞控系统的性能，这会使得无人机的飞行变得不可控，甚至发生炸机现象。例如，对于多旋翼无人机来说，激励载荷包括旋翼激励载荷、发动机和电机等的激励载荷以及外界飞行环境中所施加的激励载荷等。其中，旋翼激励载荷所引起的高频振动是飞控系统所受到的高频振动中的主要部分。
[0003]现有技术中，通常在飞控系统中设计减振结构从隔振的角度来降低振动能量，这种减振结构通常是采用较软的材料将飞控系统中的传感器部分隔开，通过材料变形来吸收振动能量，从而达到减振的目的。
[0004]然而，这种减振结构的固有频率较低，不仅对低频振动(飞控系统起到控制和导航等作用所需的真实的低频振动)也有减振的作用，而且会降低飞控系统结构的稳定性，外界的小扰动就会引起飞控系统产生较大的相应(例如发生共振现象)，这都极其容易造成无人机失控，因而存在较大的安全隐患。

技术实现思路

[0005]本公开的目的是提供一种多旋翼无人机的飞控系统，该飞控系统能够兼顾减振效果和控制性能。
[0006]为了实现上述目的，本公开提供一种多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述飞控系统包括：
[0007]传感器单元，该传感器单元用于采集激励载荷频率ω信号，其中，所述传感器单元所采集的信号包括低频信号和高频信号，所述低频信号为所述飞控系统所需的控制信号，所述高频信号包括所述多旋翼无人机的旋翼施加给所述飞控系统的旋翼激励载荷频率信号；减振单元，所述减振单元由阻振件和配重块组成，所述传感器单元固定于所述配重块；以及，限位件，该限位件具有弹性，并且所述限位件的刚度和阻尼比均小于所述阻振件；其中，所述限位件、所述配重块和所述阻振件沿纵向依次层叠并且其中相邻的两者彼此连接；其中，所述阻振件和所述配重块配置为使得所述减振单元的固有频率高于所述低频信号且低于所述高频信号，并且，所述减振单元对于所述低频信号的放大因子β为1.0～1.2，且所述减振单元对于所述高频信号的放大因子β小于0.5。
[0008]可选地，所述激励载荷频率与所述减振单元的固有频率之比s、所述减振单元的放大因子β和所述阻振件的阻尼比ζ之间的关系满足下列公式：
[0009][0010]其中，所述固有频率的取值范围为60Hz～70Hz，，所述阻振件的阻尼比ζ的取值范围为0.2～0.3。
[0011]可选地，所述放大因子β，所述阻振件的阻尼比ζ、刚度k，所述配重块的质量m以及激励载荷频率ω之间的关系满足下列公式：
[0012][0013]其中，所述阻振件的阻尼比ζ的取值范围为0.2～0.3，所述阻振件的刚度的取值范围k为1.1N/mm～2.0N/mm，所述配重块的质量m的取值范围为8g～10g。
[0014]可选地，所述低频信号的范围为0～20Hz，所述高频信号的范围为110Hz～500Hz。
[0015]可选地，所述限位件的阻尼比不大于所述阻振件的阻尼比的0.2倍，所述限位件的刚度不大于所述阻振件的刚度的0.15倍。
[0016]可选地，所述限位件构造为由泡棉材料制成的隔垫。
[0017]可选地，所述飞控系统包括控制器单元，该控制器单元包括控制器主体和壳罩，所述控制器主体与所述控制器主体通信连接且适于固定于所述多旋翼无人机的机身或机架，所述控制器主体形成有基座，所述基座和所述壳罩限定所述封闭空间，所述限位件间隙配合在所述壳罩中，所述阻振件连接在所述基座上。
[0018]可选地，所述壳罩的内侧壁形成有环形的内台阶结构，该内台阶结构包括彼此成角度的内台面和内阶面，所述内台面界定所述壳罩的大内径部分和小内径部分，所述内阶面对应于所述小内径部分，并且所述内阶面与所述壳罩的内顶壁连接以围成限位槽，所述限位件的一部分间隙配合地容纳在所述限位槽中。
[0019]可选地，所述基座形成有容纳槽，所述阻振件的一部分过盈配合地容纳于所述容纳槽中，并且所述阻振件的第二连接面粘接于所述容纳槽的底壁面。
[0020]可选地，所述传感器单元包括PCB板和传感器组件，所述PCB板具有正面和反面，所述传感器组件固定于所述PCB板的正面，所述PCB板与所述控制器单元通信连接，所述PCB板固定于所述配重块，其中，所述PCB板的横向尺寸小于所述配重块的横向尺寸，所述配重块的横向尺寸小于所述阻振件的横向尺寸且小于所述限位件的横向尺寸。
[0021]可选地，所述配重块具有彼此相对的第一固定面和第二固定面，所述限位件粘接于所述第一固定面，所述PCB板的正面与所述配重块的第二固定面相贴合并通过紧固件彼此连接，所述传感器组件位于所述配重块的第一避让孔中或者穿过所述第一避让孔且位于所述限位件的第二避让孔中，所述配重块的第二固定面与所述阻振件的第一连接面粘接。
[0022]根据本公开的第二个方面，所述多旋翼无人机包括如上所述的多旋翼无人机的飞控系统。
[0023]通过上述技术方案，在本公开提供的多旋翼无人机的飞控系统中，当低频激励传递给阻振件时，通过阻振件与配重块的配合能够被基本上还原，并传递给固定于配重块的
传感器单元，从而使得传感器单元感知无人机所发生的真实的飞行状况(例如晃动)，即：使得传感器单元采集的加速度、角度等信号基本上真实。当高频激励传递给阻振件时，通过阻振件与配重块的配合能够衰减其振动频率，即阻振件能够提供阻力并耗减振动能量，由此显著地降低传递至传感器单元的振动的能量，有益于保持传感器单元的结构稳定和性能稳定。此外，减振单元的固有频率设计为高于低频激励且低于高频激励的频率，例如，减振单元的固有频率设计为高于飞机悬停时旋翼(也称为螺旋桨)一倍频且低于二倍频，可以使得飞控系统的结构不再会容易地出现共振，从而能够保证传感器单元结构上的可靠性和性能上的稳定性。基于此，本公开提供的多旋翼无人机包括了上述飞控系统，可以平稳地飞行，并且做出敏捷的反应。
[0024]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0025]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0026]图1是根据本公开提供的多旋翼无人机的飞控系统的一种实施例的立体示意图；
[0027]图2是根据本公开提供的多旋翼无人机的飞控系统的一种实施例的立体爆炸示意图；
[0028]图3是根据本公开提供的多旋翼无人机的飞控系统的一种实施例的俯视示意图；
[0029]图4是沿图3中A-A线的剖视示意图；
[0030]图5是沿图3中A-A线的剖切的剖视爆炸示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述飞控系统包括：传感器单元，该传感器单元用于采集激励载荷频率ω信号，其中，所述传感器单元所采集的信号包括低频信号和高频信号，所述低频信号为所述飞控系统所需的控制信号，所述高频信号包括所述多旋翼无人机的旋翼施加给所述飞控系统的旋翼激励载荷频率信号；减振单元，所述减振单元由阻振件(3)和配重块(4)组成，所述传感器单元固定于所述配重块(4)；以及，限位件(5)，该限位件(5)具有弹性，并且所述限位件(5)的刚度和阻尼比均小于所述阻振件；其中，所述限位件(5)、所述配重块(4)和所述阻振件(3)位于所述飞控系统的封闭空间中并沿纵向依次层叠，且其中相邻的两者彼此连接；其中，所述阻振件(3)和所述配重块(4)配置为使得所述减振单元的固有频率高于所述低频信号且低于所述高频信号，并且，所述减振单元对于所述低频信号的放大因子β为1.0～1.2，且所述减振单元对于所述高频信号的放大因子β小于0.5。2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述激励载荷频率与所述减振单元的固有频率之比s、所述减振单元的放大因子β和所述阻振件的阻尼比ζ之间的关系满足下列公式：其中，所述固有频率的取值范围为60Hz～70Hz，所述阻振件的阻尼比ζ的取值范围为0.2～0.3。3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述放大因子β，所述阻振件(3)的阻尼比ζ、刚度k，所述配重块(4)的质量m以及激励载荷频率ω之间的关系满足下列公式：其中，所述阻振件(3)的阻尼比ζ的取值范围为0.2～0.3，所述阻振件(3)的刚度的取值范围k为1.1N/mm～2.0N/mm，所述配重块(4)的质量m的取值范围为8g～10g。4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述低频信号的范围为0～20Hz，所述高频信号的范围为110Hz～500Hz。5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述限位件(5)的阻尼比不大于所述阻振件(3)的阻尼比的0.2倍，所述限位件(5)的刚度不大于所述阻振件(3)的刚度的0.15倍。6.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述限位件(5)构造为由泡棉材料制成的隔垫。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的多旋翼无人机的飞控系统，其特征在于，所述飞控系统包括控制器单元(1)，该控制器单元(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振凯，周东岳，唐河森，刘金来，郜奥林，马聪，卢鹏，孙恒盛，闫波，姜欣宏，
申请(专利权)人：北京二郎神科技有限公司，
类型：发明
国别省市：