一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统，涉及多余度飞控技术领域，包括：传感器模块、飞控计算模块、中央控制模块、通信模块、电源管理模块及执行器模块；传感器模块用于获取飞行器的飞行数据；飞控计算模块包括第一飞控计算机、第二飞控计算机及冗余飞控计算机；中央控制模块用于处理来自各个模块的信号和指令，并下达命令；执行器模块用于控制飞行器的运动；通信模块用于与地面操作杆和其他飞行器进行数据交换和通信；电源管理模块用于控制和管理飞控系统的供电和电源状态。本发明专利技术可以帮助排除单个计算机的误差，如果某个计算机出现故障，其他计算机还可以继续工作，保证系统的可靠性和稳定性。保证系统的可靠性和稳定性。保证系统的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统


[0001]本专利技术涉及多余度飞控
，具体为一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统。

技术介绍

[0002]传统的飞控计算机系统在发生故障时无法正常运行，且无法满足某些快速响应和紧急情况下的需求。近年来，随着信息技术的发展和应用，多余度飞控计算机系统开始广泛应用，多余度飞控计算机系统采用了冗余设计，即使用多个独立的计算单元进行数据计算和决策，一旦某个计算单元发生故障，其他计算单元仍能正常运行，从而提高了飞行安全性和可靠性。
[0003]在申请公布号为CN 114610074 A的中国专利技术申请中，公开了适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机，包括冗余裁决计算机，冗余切换计算机，多个飞控计算单元。其中，每个飞控计算单元包括一个飞控计算机，多个IMU，多个磁罗盘，多个气压计以及多个GPS模块。冗余裁决计算机负责接收所有飞控计算机采集到的传感器数据和冗余切换计算机捕获到的所有PWM值数据，并分析决策选出最优的飞控计算单元，将该飞控计算单元的序号发送到冗余切换计算机。冗余计算机接收到最优飞控计算单元的序号后，将该单元中飞控计算机的PWM值输出到电机执行机构中。通过传感器与飞控计算机的多冗余结构，使得本专利技术具有更强的容灾容错性能，从而可以提高无人机在飞行任务中的安全性与稳定性。
[0004]在以上专利技术申请中，通过传感器与飞控计算机的多冗余结构，使得飞控系统具有更强的容灾容错性能，从而可以提高无人机在飞行任务中的安全性与稳定性，但在实际使用过程中，多个计算机装载在无人机上会加重无人机的负荷，同时多个计算机进行计算时能耗消耗也会加剧，无人机会变得笨重且续航短，因此仅仅考虑多余度是不够的，还需考虑实际应用情况。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统，包括：传感器模块、飞控计算模块、中央控制模块、通信模块、电源管理模块及执行器模块；传感器模块用于获取飞行器的位置、速度、加速度、角速度及磁场信息，并构建飞行数据库，其中，位置和速度通过全球定位系统（Global Positioning System， GPS）获得，加速度和角速度通过惯性测量单元（Inertial Measurement Unit， IMU）来检测，磁场信息通过磁力计来检测。
[0007]飞控计算模块包括第一飞控计算机、第二飞控计算机及冗余飞控计算机，所有飞
控计算机均拥有相同的硬件结构和系统软件，第一飞控计算机和第二飞控计算机分别对于来自传感器模块的飞行数据进行分析处理，得到第一飞行指令及第一校验码和第二飞行指令及第二校验码；冗余飞控计算机在第一飞控计算机和第二飞控计算机均正常工作情况下为休眠状态，在接收到中央控制模块发出的工作指令后，对于来自传感器模块的飞行数据进行分析处理，得到第三飞行指令及第三校验码；中央控制模块用于接收、解析和处理来自各个模块的信号和指令，制定决策并下达命令，监测和管理整个多余度飞控计算机系统的运行，以实现对多余度飞控计算机系统的整体控制和调度；执行器模块用于控制飞行器的运动，包括舵机、电机驱动器及电调，通过接收来自中央控制模块的指令来控制飞行器的姿态和运动；通信模块用于与地面操作杆和其他飞行器进行数据交换和通信，包括数传单元、无线电调制解调器、WiFi及蓝牙，实现与地面操作杆的数据链接和飞行器之间的信息交流；电源管理模块用于控制和管理飞控系统的供电和电源状态，包括电池管理、电源转换及供电保护功能，确保飞控系统和执行器的正常工作。
[0008]进一步的，位置和速度通过全球定位系统（Global Positioning System， GPS）来检测，加速度和角速度通过惯性测量单元（Inertial Measurement Unit， IMU）来检测，磁场信息通过磁力计来检测。
[0009]进一步的，飞控计算机的硬件结构包括中央处理器（CPU）、内存（RAM）、显卡（GPU）、通信总线及I\O接口；进一步的，飞控计算机的系统软件包括飞行计算程序和指令校验程序，飞行计算程序使用监督学习算法构建飞行器的飞行预测模型，在经过样本数据训练及测试后，将飞行预测模型输出，以飞行预测模型对飞行器的轨迹和飞行状态进行规划，获得使飞行器到达指定位置需要发出的指令；指令校验程序对于来自飞行计算程序的指令使用校验和的方法将指令中的所有数据按位求和，并取结果的低位字节作为校验码。
[0010]进一步的，中央控制模块在接收到飞控计算模块发送的第一飞行指令及第一校验码和第二飞行指令及第二校验码时对第一校验码和第二校验码进行检验，并依据不同的检验结果选择不同的裁决；进一步的，若第一校验码和第二校验码均正确，则对第一飞行指令和第二飞行指令进行误差分析，将第一飞行指令中的电机转速和第二飞行指令中的电机转速进行无量纲处理后，将各参数相关联形成方差，关联公式如下所示：；其中，n为飞行器上的电机总数，为第一指令中第i个电机的转速，为第二指令中第i个电机的转速。
[0011]进一步的，中央控制模块依据方差的与预设阈值的大小选择发送不同的指令，具体为：当方差未超过预设阈值时，中央控制模块将第一飞行指令输出至执行器模块；
当方差超过预设阈值时，中央控制模块向冗余计算机发出工作指令，冗余计算机收到工作指令后对飞行数据进行核验计算获得第三飞行指令及第三校验码，中央控制模块依据第三飞行指令及第三校验码将第三飞行指令分别与第一飞行指令和第二飞行指令进行误差分析，获得第一误差值和第二误差值，并分别将第一误差值和第二误差值与预设阈值进行对比。
[0012]若第一误差值和第二误差值均小于预设阈值，则中央控制模块将第三飞行指令输出到执行器模块；若第一误差值或第二误差值中有一个大于预设阈值，则中央控制模块向飞控计算模块发出指令，使大于预设阈值的误差值所对应的飞控计算机停止工作，并将原工作使用冗余飞控计算机接替；若第一误差值和第二误差值均大于预设阈值，则中央控制模块不再接受来自飞控计算模块的指令，并向通信模块发出切换至操纵杆的指令；进一步的，当第一校验码和第二检验码均错误时，中央控制模块向冗余计算机发出工作指令，冗余计算机收到工作指令后对飞行数据进行核验计算获得第三飞行指令及第三校验码，并将计算得到的第三飞行指令和第三校验码传输至中央控制模块。
[0013]中央控制模块先对第三校验码进行核验，若核验不通过，则向通信模块发送切换至操纵杆的请求；若核验通过，则向执行器模块输出第三飞行指令。
[0014]进一步的，当第一校验码或者第二检验码错误时，中央控制模块向执行器模块输出正确校验码所对应的飞行指令，并向飞控计算模块发出指令，使错误检验码所对应的飞控计算机停止工作，并将原工作使用冗余飞控计算机接替。
[0015]进一步的，当飞行器电池电量低于预设阈值时，电池管理模块向中央控制模块发出电池电量不足预警，中央本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统，其特征在于：包括：传感器模块、飞控计算模块、中央控制模块、通信模块、电源管理模块及执行器模块；其中，传感器模块用于获取飞行器的位置、速度、加速度、角速度及磁场信息，并构建飞行数据库；飞控计算模块包括第一飞控计算机、第二飞控计算机及冗余飞控计算机，所有飞控计算机均拥有相同的硬件结构和系统软件，第一飞控计算机和第二飞控计算机分别对于来自传感器模块的飞行数据进行分析处理，得到第一飞行指令及第一校验码和第二飞行指令及第二校验码；冗余飞控计算机在第一飞控计算机和第二飞控计算机均正常工作情况下为休眠状态，在接收到中央控制模块发出的工作指令后，对于来自传感器模块的飞行数据进行分析处理，得到第三飞行指令及第三校验码；中央控制模块用于接收、解析和处理来自各个模块的信号和指令，制定决策并下达命令，监测和管理整个多余度飞控计算机系统的运行，以实现对多余度飞控计算机系统的整体控制和调度；执行器模块用于控制飞行器的运动，包括舵机、电机驱动器及电调，通过接收来自中央控制模块的指令来控制飞行器的姿态和运动；通信模块用于与地面操作杆和其他飞行器进行数据交换和通信，包括数传单元、无线电调制解调器、WiFi及蓝牙，实现与地面操作杆的数据链接和飞行器之间的信息交流；电源管理模块用于控制和管理飞控系统的供电和电源状态，包括电池管理、电源转换及供电保护功能，确保飞控系统和执行器的正常工作。2.根据权利要求1所述的一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统，其特征在于：位置和速度通过GPS来检测，加速度和角速度通过惯性测量单元来检测，磁场信息通过磁力计来检测。3.根据权利要求1所述的一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统，其特征在于：飞控计算机的硬件结构包括中央处理器、内存、显卡、通信总线及I\O接口。4.根据权利要求3所述的一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统，其特征在于：飞控计算机的系统软件包括飞行计算程序和指令校验程序，飞行计算程序使用监督学习算法构建飞行器的飞行预测模型，在经过样本数据训练及测试后，将飞行预测模型输出，以飞行预测模型对飞行器的轨迹和飞行状态进行规划，获得使飞行器到达指定位置需要发出的指令；指令校验程序对于来自飞行计算程序的指令使用校验和的方法将指令中的所有数据按位求和，并取结果的低位字节作为校验码。5.根据权利要求4所述的一种利用软硬件协同的多余度飞控计算机系统，其特征在于：中央控制模块在接收到飞控计算模块发送的第一飞行指令及第一校验码和第二飞行指令及第二校验码时对第一校验码和第二校验码进行检验，并依据不同的检验结果选择不同的裁决。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，
申请(专利权)人：成都正扬博创电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：