CN106292695A - 一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统 - Google Patents

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杜伟
孟凡亮
许明轩
王朋辉
孙娜
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统它包括操作手柄（1）、地面飞行管控机（2）、地面无线传输模块（3）、舰载无线传输模块（4）、遥控器（5）、接收机（6）、飞控盒（7）、传感器单元(8)、便携式实时仿真机(9)、视景显示模块(10)和执行机构(11)，本发明优点是：1、配置了便携式实时仿真机，可在内场或外场快速部署，以便开展硬件在回路的仿真试验、飞行任务演示、用户模拟训练等。

Description

一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统
技术领域
本发明涉及浮空飞行器领域，具体涉及一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统。
背景技术
小型无人飞艇由于低成本、高安全、节能环保、载重量大等显著优点，在遥感测绘、森林防火、电力巡线、环境监测、空中拍摄、反恐安保、应急救灾等多个军民用领域均有应用，市场前景广阔。目前，在国内可用于小型无人飞艇的自动飞控系统通常只有两个渠道：一种是由专业院所为无人机型号配套研制的飞控系统，具备军工品质，但成本高、重量大、扩展能力差；另一种是为航模飞行配套发展起来的飞控系统，多为民营企业自行研制的工业级产品，具有集成度高、轻质、低成本等特点，但工作不稳定、安全性不高、售后服务滞后。因此，有必要研发一款针对性强、稳定性好、安全性高、扩展能力强的轻量化自动飞控系统，而飞控系统架构设计是关键。
发明内容
本发明的目的就是针对小型无人飞艇由于低成本、高安全、节能环保、载重量大等显著优点，在遥感测绘、森林防火、电力巡线、环境监测、空中拍摄、反恐安保、应急救灾等多个军民用领域均有应用，市场前景广阔。目前，在国内可用于小型无人飞艇的自动飞控系统通常只有两个渠道：一种是由专业院所为无人机型号配套研制的飞控系统，具备军工品质，但成本高、重量大、扩展能力差；另一种是为航模飞行配套发展起来的飞控系统，多为民营企业自行研制的工业级产品，具有集成度高、轻质、低成本等特点，但工作不稳定、安全性不高、售后服务滞后。因此，有必要研发一款针对性强、稳定性好、安全性高、扩展能力强的轻量化自动飞控系统，而飞控系统架构设计是关键之不足，而提供一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统。
本发明包括操作手柄、地面飞行管控机、地面无线传输模块、舰载无线传输模块、遥控器、接收机、飞控盒、传感器单元、便携式实时仿真机、视景显示模块和执行机构，操作手柄通过USB与地面飞行管控机的信号输入端信号连接，地面飞行管控机的信号输出端通过地面无线传输模块和舰载无线传输模块与飞控盒的信号输入端信号连接，遥控器通过接收机与飞控盒的信号输入端信号连接，传感器单元和便携式实时仿真机分别与飞控盒的信号输入端信号连接，飞控盒的信号输出端分别与执行机构、舰载无线传输模块和便携式实时仿真机的信号输入端信号连接，舰载无线传输模块通过地面无线传输模块与地面飞行管控机的信号输入端信号连接，地面飞行管控机的信号输出端通过UDP与视景显示模块信号连接。
传感器单元包括大气温度传感器、转速传感器、油量传感器和电压传感器。
飞控盒包括主控单元、气压高度计、差压传感器、微惯性测量模块、全球定位模块、伺服控制单元，数据记录单元，气压高度计、差压传感器、微惯性测量模块、全球定位模块和伺服控制单元的信号输出端分别与主控单元的信号输入端信号连接，主控单元的信号输出端分别与伺服控制单元和数据记录单元的信号输入端信号连接，舰载无线传输模块、接收机、传感器单元和便携式实时仿真机分别与飞控盒内的主控单元信号连接，飞控盒内的主控单元控制执行机构。
本发明优点是：1、配置了便携式实时仿真机，可在内场或外场快速部署，以便开展硬件在回路的仿真试验、飞行任务演示、用户模拟训练等。2、在地面飞行管控机添加有视景显示模块，可以非常直观的显示飞艇三维位置及姿态，飞艇硬件在回路仿真以及视距外飞行时均可使用。3、飞控盒集成有微差压传感器，可以实现飞艇气囊及副气囊压力的参数采集及压力自动控制。该系统架构的基本工作原理如下：在正常进行飞行任务时（无需接入便携式实时仿真机），飞行员通过遥控器控制飞艇离地起飞，待飞艇达到安全高度以后，让飞控盒进入自动飞行模式，按照预定航线进行任务飞行，此时飞行员可以通过地面飞行管控计算机结合飞艇三维视景来监控飞艇。而在地面开展飞行任务演示、飞行操作训练等内容时，要让飞控盒处于仿真工作模式，并启用便携式实时仿真计算机，飞行员结合飞艇三维视景按照正常操作程序控制飞艇飞行，完成飞行任务演练，如有必要，现场技术人员还可以通过实时仿真机在线注入常见故障、增加风场等来拓展培训的内容、提高训练的难度，以此提高飞行员的操作水平和应变处置能力。该自动飞控系统架构在已有成熟无人机飞控系统架构的基础上进行了再创新，重点考虑了飞艇自身使用特点（需要压力调节）、现场便捷调试（控制律调参、任务规划）、用户使用培训（正常操作程序以及特情处置）等方面内容，具有简单、可靠、易操作等特点，可完全适用于小型无人飞艇。
附 图 说 明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明工作原理结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括操作手柄1、地面飞行管控机2、地面无线传输模块3、舰载无线传输模块4、遥控器5、接收机6、飞控盒7、传感器单元8、便携式实时仿真机9、视景显示模块10和执行机构11，操作手柄1通过USB与地面飞行管控机2的信号输入端信号连接，地面飞行管控机2的信号输出端通过地面无线传输模块3和舰载无线传输模块4与飞控盒7的信号输入端信号连接，遥控器5通过接收机6与飞控盒7的信号输入端信号连接，传感器单元8和便携式实时仿真机9分别与飞控盒7的信号输入端信号连接，飞控盒7的信号输出端分别与执行机构11、舰载无线传输模块4和便携式实时仿真机9的信号输入端信号连接，舰载无线传输模块4通过地面无线传输模块3与地面飞行管控机2的信号输入端信号连接，地面飞行管控机2的信号输出端通过UDP与视景显示模块10信号连接。
传感器单元8包括大气温度传感器、转速传感器、油量传感器和电压传感器。
飞控盒7包括主控单元7-1、气压高度计7-2、差压传感器7-3、微惯性测量模块7-4、全球定位模块7-5、伺服控制单元7-6，数据记录单元7-7，气压高度计7-2、差压传感器7-3、微惯性测量模块7-4、全球定位模块7-5和伺服控制单元7-6的信号输出端分别与主控单元7-1的信号输入端信号连接，主控单元7-1的信号输出端分别与伺服控制单元7-6和数据记录单元7-7的信号输入端信号连接，舰载无线传输模块4、接收机6、传感器单元8和便携式实时仿真机9分别与飞控盒内的主控单元7-1信号连接，飞控盒内的主控单元7-1控制执行机构11。。
工作原理：飞控盒7是架构的核心，完成参数采集、控制律计算、飞行管理、数据处理与记录、设备控制等功能，遥控器5和接收机6用于视距内手动控制飞艇飞行。地面飞行管控机2用于状态参数显示、任务规划、三维视景显示等功能。便携式实时仿真计算机9完成飞艇数学模型解算、实时数据处理、仿真参数设置、故障注入以及仿真过程控制等功能。执行机构11控制风机、阀门、尾翼舵机、油门舵机、推力矢量转向舵机、灯光设备、任务载荷，以及相关参传感器单元8：油量、转速、大气温度、无线电高度、电压等。这样就构成了一套功能完整的小型无人飞艇自动飞控系统。

Claims (3)

1. 一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统，其特征在于它包括操作手柄（1）、地面飞行管控机（2）、地面无线传输模块（3）、舰载无线传输模块（4）、遥控器（5）、接收机（6）、飞控盒（7）、传感器单元(8)、便携式实时仿真机(9)、视景显示模块(10)和执行机构(11)，操作手柄(1)通过USB与地面飞行管控机(2)的信号输入端信号连接，地面飞行管控机(2)的信号输出端通过地面无线传输模块(3)和舰载无线传输模块（4）与飞控盒(7)的信号输入端信号连接，遥控器（5）通过接收机（6）与飞控盒(7)的信号输入端信号连接，传感器单元（8）和便携式实时仿真机(9)分别与飞控盒（7）的信号输入端信号连接，飞控盒(7)的信号输出端分别与执行机构（11）、舰载无线传输模块（4）和便携式实时仿真机（9）的信号输入端信号连接，舰载无线传输模块（4）通过地面无线传输模块（3）与地面飞行管控机（2）的信号输入端信号连接，地面飞行管控机（2）的信号输出端通过UDP与视景显示模块（10）信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统，其特征在于传感器单元（8）包括大气温度传感器、转速传感器、油量传感器和电压传感器。
3.根据权利要求1所述的一种用于小型无人飞艇的自动飞控系统，其特征在于飞控盒（7）包括主控单元（7-1）、气压高度计（7-2）、差压传感器（7-3）、微惯性测量模块（7-4）、全球定位模块（7-5）、伺服控制单元（7-6），数据记录单元（7-7），气压高度计（7-2）、差压传感器（7-3）、微惯性测量模块（7-4）、全球定位模块（7-5）和伺服控制单元（7-6）的信号输出端分别与主控单元（7-1）的信号输入端信号连接，主控单元（7-1）的信号输出端分别与伺服控制单元（7-6）和数据记录单元（7-7）的信号输入端信号连接，舰载无线传输模块（4）、接收机（6）、传感器单元（8）和便携式实时仿真机（9）分别与飞控盒内的主控单元（7-1）信号连接，飞控盒内的主控单元（7-1）控制执行机构（11）。
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