无人直升机自动飞行控制系统电路技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无人直升机自动飞行控制系统电路，飞行控制计算机上包括测算装置部分、传感器部分以及控制装置部分。手动控制信号收发单元接收从遥控器发来的控制信号，传递给飞行控制计算机；地面站收发单元一方面接收飞行器下传的各种飞行数据和参数，以及探测信息；另一方面可将地面站工作人员的控制指令，通过地面信号收发单元上传给飞行控制计算机。本实用新型专利技术可以实时接收直升机在飞行时的姿态方位信息，进行相应的控制运算，使得在高机动或者ＧＰＳ信号短时间中断的情况下，控制器仍能准确地以高更新率输出各种导航参数，保证了飞机飞行的稳定性和可靠性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及无人飞行器控制领域，尤其涉及一种无人旋转翼直升机自动飞行控制系统电路。
技术介绍
过去十年来，无人直升机在许多应用领域扮演着十分重要的作用。如军事，紧急事件响应，监测，航拍和精密农业管理等。和飞行控制相对简单，但是起降需要专用设备的固定翼无人^4目比，无人直升机飞行更加灵活，具有可在恶劣环境中及狭窄和复杂的地形上安全实施机动飞行，可原地悬停和超低空贴地飞行等优点，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。其次，由于无人机的结构较为复杂，控制也相对困难，其飞行控制涉及到多个学科和多种应用技术，如人工智能、图像处理、无线转换、高级控制理论、多传感器融合、制造等，对于各种交叉学科研究而言也是一个优良的平台。简而言之，无人直升机在军事和民用上都有广阔的应用潜能。目前，在国际自动控制界，许多研究者fef无人机的研究焦点集中在模型直升机的自动控制飞行上。若干国际知名的研究机构如MIT、乔治亚技术学院Georgia Institute of Technology,卡内1^海隆大学CMU、浙江大学等都将此列为重要研究领域。同时， 一年一度的国际航空机器人大赛URC也吸引着众多大学和相关研究机构和国际研究人员对它浓厚的兴趣，吸引并挑战着我们。开发无人直升机的自动飞行控制器有两种途径， 一是采用惯性测量单元IMU(Inertia Measurement Unit),或者惯性导航系统INS (Inertia NavigationSystem),以及图像处理技术；另一种是采用全球卫星定位系统GPS (GlobalPositioning System)和INS来进行局部位置识别。本技术采用后一种方案开发出了 一款实用的飞行控制器。INS与GPS是常用的导航系统，但两种方式都各有优缺点INS产生飞行器在载体坐标系的角速度和加速度，提供短期的高精度数据，但量测含有噪声。在计算位置时，需要对含有噪声的数据作积分运算。如果不加以校正，其系统误差，尤其是偏移误差，会无限制变大，但又不要求外部量测信号来校正。GPS以有限的误差，描述飞行器在地心坐标中所处的位置，其不足是输出速率慢，以及由于气候、位置等原因造成的间歇性信号丢失。所以GPS自身难以保证用作导航的信息提供质量。
技术实现思路
本技术采用KF将这两种传感器结合起来，能各取所长，补其所短，并在此基础上研发了无人直升机自动飞行控制系统电路，它可以实时接收直升机在飞行时的姿态方位信息，进行相应的控制运算，使得在高机动或者GPS信号短时间中断的情况下，控制器仍能准确地以高更新率输出各种导航参数，保证了飞机飞行的稳定性和可靠性。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是一种无人直升机自动飞行控制系统电路，包括飞行控制计算机、IMU惯性测量单元、磁航向计、GPS接收器、高度计、手动控制信号收发单元、地面信号收发单元、地面站收发单元、地面站计算机及遥控器，其特征在于，飞行控制计算机上包括测算装置部分、传感器部分以及控制装置部分；测算装置分由姿态测算装置、线性加速度测算装置、航速测算冲交正装置、飞行位置测算^f交正装置顺序连接构成；传感器部分包括连接至姿态测算装置输入端的三轴加速度计、三轴角速度计以及磁航向计，三轴加速度计同时与线性加速度测算装置输入端连接，空速计连接于航速测算校正装置输入端，经炜度计和高度计同时连接于飞行位置测算校正装置的输入端；姿态测算装置输出端连接姿态控制装置，航速测算校正装置的输出端连接有航速控制装置，飞行位置测算校正装置输出端连接飞行位置控制装置，飞行位置控制装置与舵机控制装置连接，航机控制装置将信号传送至舵机。根据以上结构的本技术，其特征在于，所述飞行控制计算机的输入端口连接有IMU惯性测量单元、磁航向计、GPS接收器、高度计，其输入输出端口连接手动控制信号收发单元和地面信号收发单元。根据以上结构的本技术，其特征在于，此控制器还进一步包括遥控器和地面站收发单元，以及和地面站收发单元双向连接的地面站计算机。本技术的有益效果是1、 本技术采用双MCU多任务结构，保证了运算与控制的精确性和实时性，系统可以自动修正飞机悬停和飞行时产生的误差。2、 控制系统内置一个16通道的GPS接收机，提供优越的定位精度，可以全自主高精度地悬停。3、 内置高可靠性MEMS三轴陀螺、加速度计，在锁定高度飞行的时候，可以控制飞机进行协调式转弯。4、 本技术与基于CCD传感器飞行增稳系统的主要区别为系统不受高度、地表紋理的限制，几乎可以飞到遥控距离内的任何高度，飞行更加流畅平滑，不需要在众多控制模式之间频繁地切换，对飞行速度的控制可以精确到0. lm/s以内。5、采用专用CPLD对舵机PWM进行编解码的独立运算，保证了精确性和可靠性，并且可以兼容大多数品牌遥控器。附图说明图l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是本技术加速度计电路图。图4是本技术气压计电路图。图5A-5C是本技术陀螺1,陀螺2，陀螺3电路图。图6是本技术指南针电路图。图7是本技术GPS电路图。图8是本技术加速度计和气压计数据采集AD单元电路图。图9是本技术陀螺1，陀螺2，陀螺3温度采集AD单元电路图。图10是本技术陀螺输出和陀螺1温度采集单元电路图。、图11是本技术姿态计算ARM单元电路图。图12是本技术控制处理ARM单元电路图。具体实施方式以下结合附图和实施例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。在飞行控制计算机上设置有测算装置和控制装置两部分，传感器通过数据采集单元将信号传送至飞行控制计算机上。传感器部分包括三轴加速度计、三轴角速度计、磁航向计、空速计、经纬度计、高度计；测算装置部分包括姿态测算装置、线性加速度测算装置、航速测算校正装置、飞行位置测算校正装置；控制装置部分包括姿态 控制装置、航速控制装置、飞行位置控制装置；以及舶机控制装置。上述装置连接关系为姿态控制装置、4元速控制装置、飞行位置控制装置 分别与姿态测算装置、航速测算校正装置、飞行位置测算校正装置相连；舵机 控制装置与姿态控制装置、航速控制装置、飞行位置控制装置相连；三轴加速 度计分别与姿态测算装置、线性加速度测算装置连接；三轴角速度计、磁航向 计与姿态测算装置相连；空速计与航速测算校正装置相连；经炜度计、高度计 与飞行位置测算校正装置相连。附图2是本技术控制系统硬件连4妄图。飞行控制计算机连接有IMU惯 性测量单元、磁航向计、GPS接收器、高度计，各装置工作原理为1、 飞行控制计算机对IMU惯性测量单元测得的三维加速度数据M1、三轴角 速度数据M2、以及磁航向计测得的航向数据M3进行处理分析，进行飞行姿态计 算A1，产生姿态数据D1;进行姿态控制处理A2;计算出姿态控制参数C1;2、 飞行控制计算机对三维加速度数据Ml、姿态数据进行线性加速度计算 A3后，产生线性加速度数据D2;3、 飞行控制计算机对线性加速度数据D2进行积分运算，并引用从GPS接 收器测得的速度数据M4,进行校正A4,产生航速数据D3;进行航速控制处理 A5;计算出航速控制参数C2;4、 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人直升机自动飞行控制系统电路，包括飞行控制计算机、ＩＭＵ惯性测量单元、磁航向计、ＧＰＳ接收器、高度计、手动控制信号收发单元、地面信号收发单元、地面站收发单元、地面站计算机及遥控器，其特征在于：飞行控制计算机上包括测算装置部分、传感器部分以及控制装置部分；　　　　测算装置部分由姿态测算装置、线性加速度测算装置、航速测算校正装置、飞行位置测算校正装置顺序连接构成；　　　　传感器部分包括连接至姿态测算装置输入端的三轴加速度计、三轴角速度计以及磁航向计，三轴加速度计同时与线性加速度测算装置输入端连接，空速计连接于航速测算校正装置输入端，经纬度计和高度计同时连接于飞行位置测算校正装置的输入端；　　　　姿态测算装置输出端连接姿态控制装置，航速测算校正装置的输出端连接有航速控制装置，飞行位置测算校正装置输出端连接飞行位置控制装置，飞行位置控制装置与舵机控制装置连接，舵机控制装置将信号传送至舵机。

【技术特征摘要】
1、一种无人直升机自动飞行控制系统电路，包括飞行控制计算机、IMU惯性测量单元、磁航向计、GPS接收器、高度计、手动控制信号收发单元、地面信号收发单元、地面站收发单元、地面站计算机及遥控器，其特征在于飞行控制计算机上包括测算装置部分、传感器部分以及控制装置部分；测算装置部分由姿态测算装置、线性加速度测算装置、航速测算校正装置、飞行位置测算校正装置顺序连接构成；传感器部分包括连接至姿态测算装置输入端的三轴加速度计、三轴角速度计以及磁航向计，三轴加速度计同时与线性加速度测算装置输入端连接，空速计连接于航速测算校正装置输入端，经纬度计和高度计同时连接于飞行位置测算校正装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪滔，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]