一种多余度无人机飞控系统及飞控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多余度无人机飞控系统及飞控方法，该系统包括多个飞控计算单元、云计算服务器以及云计算传感器数据处理单元。每个飞控计算机通过多组总线分别与其余的飞控计算机和电机驱动器相连，将自己计算得到的飞行控制量数据包传给其余的飞控计算机；比对选出的最优飞控计算机将计算得到的飞行控制量数据包传输给电机控制器。除此之外，若出现所有飞控计算机或总线皆失效的极端情况，该系统会利用云计算服务器控制无人机安全飞行。本发明专利技术通过传感器、飞控计算机以及总线的多冗余结构，使得具有更强的容灾容错性能，提高了无人机安全性与稳定性。机安全性与稳定性。机安全性与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种多余度无人机飞控系统及飞控方法


[0001]本专利技术涉及无人机领域，尤其涉及一种多余度无人机飞控系统及飞控方法。

技术介绍

[0002]无人机应用的场景越来越广泛，比如城市空中交通，电力巡检，航拍航测，物流快递，消防救援等。飞控系统对于多旋翼无人机来说，是至关重要的，飞控系统在无人机飞行过程中一旦失效，无人机的飞行任务将无法完成甚至导致坠机。为了提高飞控系统的稳定性，通常采用余度技术来设计飞控计算机系统，其实质就是通过增加余度资源来屏蔽故障部件的影响。
[0003]而且，现大多数余度飞控系统含有单个余度决策模块、余度切换模块或者作动控器。例如申请号为202110591136.4的中国专利技术专利中公开了一种无人机的多余度仲裁切换方法、系统及计算机设备，该专利技术中含有TX2系统决策模块以及余度切换电路，一旦当TX2系统决策模块或余度切换电路出现故障，整个飞控系统将出现单点失效现象，将无法正常运行。例如申请号为201711459689.4的中国专利技术专利中公开了一种基于分布式多余度总线的无人机飞控系统及飞控方法，该专利技术中含有作动控制器模块，一旦作动控制器模块出现故障，整个飞控系统将出现错误，无法控制飞机正常飞行。现在大多数余度飞控系统采用单组总线的设计，如果总线出现故障会对无人机带来灾难性的后果。除此之外，多数余度飞控系统采用多个飞控计算机共用一套传感器的架构，这对于整个飞控系统的稳定性是不利的。
[0004]因此，关于多余度飞控系统中单点失效、多个飞控计算机共用一套传感器以及单总线的技术问题是亟需解决的。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种多余度无人机飞控系统及飞控方法。该方法能够解决关于多余度飞控系统中单点失效、多个飞控计算机共用一套传感器以及单总线的技术问题。
[0006]本专利技术的目的是通过采用以下技术方案来实现的：一种多余度无人机飞控系统，所述的多余度无人机飞控系统包括多个飞控计算单元、云计算服务器以及云计算传感器数据处理单元；所有飞控计算单元结构相同，均包括飞控计算机以及与飞控计算机相连的N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块，N为自然数且N3；IMU获取多旋翼无人机的加速度和角速度信息，磁罗盘获取多旋翼无人机的方向信息，气压计获取多旋翼无人机的高度信息，GPS模块获取多旋翼无人机的位置和速度信息；每个飞控计算机通过多组总线分别与其余的飞控计算机和电机驱动器相连，将自己计算得到的飞行控制量数据包传给其余的飞控计算机，然后每个飞控计算机将包括自己在内的所有飞控计算机的飞行控制量数据进行比对，判断自己是否为最优飞控计算机，若为最优飞控计算机则将自己计算得到的飞行控制量封装到数据包中传输给电机控制器；所述的云计算服务器主要用于接收云计算传感器数据处理单元发送过来的传感器数据，并利用这些传
感器数据计算得到飞行控制量发送给电机驱动器，当云计算服务器在接受到电机控制器发送过来的报警信息后将控制无人机安全飞行，所述的云计算传感器数据处理单元包括传感器数据处理计算机、5G数传模块、IMU、磁罗盘、气压计以及GPS，其中5G数传模块用于将云计算传感器数据处理单元采集的传感器数据发送到云计算服务器。
[0007]进一步地，所述报警信息，具体为，在飞控计算机都失效或者总线都失效时，电机控制器向云计算服务器发出的信息。
[0008]进一步地，所述的IMU包括加速度计和陀螺仪。
[0009]进一步地，所述的云计算服务器安装于地面端并连接5G网络。
[0010]具体地，所述的电机控制器含有5G数传模块，用于在飞控计算机都失效或者总线都失效的极端情况下向云计算服务器发送报警信息以及接受云计算发送过来的飞行控制量数据包。
[0011]进一步地，所述的云计算传感器数据处理单元安装于无人机机体。
[0012]一种非相似多余度无人机飞控方法，所述的飞控方法包括：（1）确定每个飞控计算机的优先级，从飞控计算机1到飞控计算机N优先级依次降低；（2）确定飞控计算机所连接传感器的优先级，相同类型的传感器优先级从编号1到编号N依次降低；（3）确定多组总线的优先级，从总线1到总线N优先级依次降低；（4）每个飞控计算机采集自身所有传感器数据，将相同类型的传感器数据进行比对选出健康的传感器供飞行控制计算使用，若多个相同类型传感器皆为健康状态，则优先使用优先级高的传感器；所述的比对选出健康的传感器具体过程为：飞控计算机若发现相同类型传感器数据比对结果一致，则确定每个传感器处于健康状态；若其中一个传感器与其他传感器数据不一致，则确定该传感器非健康状态，并且静默该传感器；（5）每个飞控计算机利用健康状态传感器的采集数据进行飞行控制计算，根据计算结果得到相应的飞行控制量，每个飞控计算机将自身得到的飞行控制量封装到数据包中；将该数据包通过每组总线分别传给其余飞控计算机用于数据比对；同时每个飞控计算机将分别通过每组总线接收到的其余飞控计算机传输过来的飞行控制量数据包，并进行解析获得对应的飞行控制量，然后按序号从小到大开始依次将多余度飞控系统中每个飞控计算机的飞行控制量与除自己外其他飞控计算机的飞行控制量进行比对，直至出现所有比对结果一致时，则确认该飞控计算机健康，不再进行比对运算；然后将健康的飞控计算机对应的序号与该做比对运算处理工作的飞控计算机序号进行比较，若序号一致则该做比对运算处理工作的飞控计算机为最优飞控计算机，将最优飞控计算机的飞行控制量封装到数据包中传输给电机控制器，若序号不一致则不将最优飞控计算机的飞行控制量封装到数据包中传输给电机控制器；若每个飞控计算机通过某组总线接收不到的其余飞控计算机传输过来的飞行控制量数据包，则确定该组总线非健康状态，并且静默该组总线；（6）电机控制器通过若干组健康总线接受到多个飞行控制量数据包后，对优先级高的总线传输过来的飞行控制量数据包进行解析获取飞行控制量，然后控制电机运行；（7）若所有飞控计算单元全部失效或者总线全部失效，则电机驱动器接收不到飞行控制量数据包， 电机驱动器将会通过5G数传模块向云计算服务器发送报警信息，云计算
服务器接收到报警信息后，利用云计算传感器数据处理单元发送过来的传感器数据进行计算得到飞行控制量并发送给电机驱动器，从而对无人机的飞行进行控制。
[0013]本专利技术的有益效果如下：（1）本专利技术含有多个飞控计算机，当系统其中一个飞控计算机出现故障时，不需要任何切换过程，电机驱动器直接利用其余的飞控计算机传输的数据来控制无人机的飞行，使得本专利技术具有更强的容灾容错性能，也提高了无人机飞行的安全与可靠性。还实现了IMU，磁罗盘，气压计以及GPS多传感器的冗余，当其中一个传感器出现故障时，飞控计算机会选择同类别其他健康的传感器进行使用，提高了整个系统的稳定与鲁棒性。
[0014]（2）本专利技术不含有单独的冗余裁决模块、冗余切换模块或者作动控制器模块，因此避免因冗余裁决模块、冗余切换模块或者作动控制器模块出现故障造成单点失效情况的发生。针对所有飞控计算机失效或者所有总线失效的极端情况，本专利技术提出了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多余度无人机飞控系统，其特征在于，所述的多余度无人机飞控系统包括多个飞控计算单元、云计算服务器以及云计算传感器数据处理单元；所有飞控计算单元结构相同，均包括飞控计算机以及与飞控计算机相连的N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计和N个GPS模块，N为自然数且N3；IMU获取多旋翼无人机的加速度和角速度信息，磁罗盘获取多旋翼无人机的方向信息，气压计获取多旋翼无人机的高度信息，GPS模块获取多旋翼无人机的位置和速度信息；每个飞控计算机通过多组总线分别与其余的飞控计算机和电机驱动器相连，将自己计算得到的飞行控制量数据包传给其余的飞控计算机，然后每个飞控计算机将包括自己在内的所有飞控计算机的飞行控制量数据进行比对，判断自己是否为最优飞控计算机，若为最优飞控计算机则将自己计算得到的飞行控制量封装到数据包中传输给电机控制器；所述的云计算服务器主要用于接收云计算传感器数据处理单元发送过来的传感器数据，并利用这些传感器数据计算得到飞行控制量发送给电机驱动器，当云计算服务器在接受到电机控制器发送过来的报警信息后将控制无人机安全飞行，所述的云计算传感器数据处理单元包括传感器数据处理计算机、5G数传模块、IMU、磁罗盘、气压计以及GPS，其中5G数传模块用于将云计算传感器数据处理单元采集的传感器数据发送到云计算服务器。2.根据权利要求1所述的一种多余度无人机飞控系统，其特征在于，所述报警信息，具体为，在飞控计算机都失效或者总线都失效时，电机控制器向云计算服务器发出的信息。3.根据权利要求1所述的一种多余度无人机飞控系统，其特征在于，所述的IMU包括加速度计和陀螺仪。4.根据权利要求1所述的一种多余度无人机飞控系统，其特征在于，所述的云计算服务器安装于地面端并连接5G网络。5.根据权利要求1所述的一种多余度无人机飞控系统，其特征在于，所述的电机控制器含有5G数传模块，用于在飞控计算机都失效或者总线都失效的极端情况下向云计算服务器发送报警信息以及接受云计算发送过来的飞行控制量数据包。6.根据权利要求1所述的一种多余度无人机飞控系统，其特征在于，所述的云计算传感器数据处理单元安装于无人机机体。7.一种非相似多余度无人机飞控方法，其特征在于，所述的飞控方法包括：（1）确定每个飞控计算机的优先级，从飞控计算机1到飞控计算机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓波，谢安桓，胡易人，严旭飞，韩晓佳，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：