CN107933935A - 无人机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机控制系统，包括控制模块、电调、电机及信号收集模块；所述信号收集模块用于获取所述电调和所述电机的实时状态信息，并将所述实时状态信息反馈至所述控制模块。所述控制模块用于根据所述实时状态信息向所述电调发出控制信号；所述电调用于根据所述控制信号产生驱动信号；所述电机用于在所述驱动信号的驱动下工作。上述无人机控制系统可通过信号收集模块，获取所述电调和电机的实时状态信息，并根据所述实时状态信息控制所述电调和所述电机的工作，从而使无人机的高效工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机，特别是涉及一种无人机控制系统。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。目前，无人机已在警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业崭露头角，备受人们的关注。因而，随着无人机行业的逐渐升温，人们对无人机各个部分的要求也与日俱增，特别是无人机的动力部分。电调从飞行控制器接收信号控制电机的转动，从而带动桨叶转动产生向上的升力，为无人机提供动力。因此，电调和电机的性能将直接决定无人机在空中的可靠性。而当前飞行控制器的停桨保护是由飞行控制器检测到停桨机臂失去动力导致的飞机姿态不稳后，从而触发断桨保护，具有一定的滞后性。
发明内容
基于此，有必要针对电调不能将电调及电机的实时信息反馈至飞行控制器的问题，提供一种无人机控制系统。
一种无人机控制系统，包括：控制模块、电调、电机及信号收集模块；
所述信号收集模块用于获取所述电调和所述电机的实时状态信息，并将所述实时状态信息反馈至所述控制模块。
所述控制模块用于根据所述实时状态信息向所述电调发出控制信号；
所述电调用于根据所述控制信号产生驱动信号；
所述电机用于在所述驱动信号的驱动下工作。
在其中一个实施例中，所述实时状态信息包括所述电调和所述电机的物理属性参数信息。
在其中一个实施例中，所述电调包括：控制信号端口、电调控制器、检测单元、电机端口及通信端口；
所述控制信号端口用于接收所述控制信号，并输出至所述检测单元；所述检测单元用于接收所述控制信号，并输出至所述电调控制器，还用于检测所述实时状态信息；所述电调控制器用于接收所述控制信号和所述实时状态信息，并根据所述控制信号和所述实时状态信息生成驱动信号，且将所述驱动信号发送至所述电机端口，还用于将所述实时状态信息发送至所述通信端口；所述电机端口用于接收所述驱动信号并传输至所述电机；所述通信端口用于向所述信号收集模块传输所述实时状态信息。
在其中一个实施例中，所述通信端口为串行总线端口。
在其中一个实施例中，所述电调还包括存储单元；所述存储单元连接所述电调控制器，所述存储单元用于将所述电调控制器发送的电机转动次数的信息进行存储。
在其中一个实施例中，所述存储单元包括闪存。
在其中一个实施例中，所述检测单元包括油门检测子单元；所述油门检测子单元的输入端和输出端分别对应连接所述控制信号端口和所述电调控制器，所述油门检测子单元用于接收所述控制信号，并将所述控制信号发送至所述电调控制器。
在其中一个实施例中，所述检测单元还包括温度检测子单元；温度检测子单元连接所述电调控制器；所述温度检测子单元用于对所述电调和所述电机的温度进行检测，并将温度检测结果发送至所述电调控制器。
在其中一个实施例中，所述检测单元还包括电流检测子单元及电压检测子单元；所述电流检测子单元与所述电压检测子单元分别连接所述电调控制器；所述电流检测子单元用于对所述电调和电机的电流进行检测，并将电流检测结果输出至所述电调控制器；所述电压检测子单元用于对所述电调和所述电机的电压进行检测，并将电压检测结果输出至所述电调控制器。
在其中一个实施例中，所述检测单元还包括转速检测子单元；转速检测子单元分别连接所述电调控制器及所述电机；所述转速检测子单元用于对所述电机的转速进行检测，并将转速检测结果发送至所述电调控制器。
上述无人机控制系统，可通过所述信号收集模块获取所述电调和所述电机的实时状态信息，以使所述控制模块根据所述实时状态信息向所述电调发出控制信号，所述电调根据所述控制信号产生驱动信号，所述电机在所述驱动信号的驱动下工作；可见，上述无人机控制系统可通过信号收集模块，获取所述电调和电机的实时状态信息，并根据所述实时状态信息控制所述电调和所述电机的工作，从而使无人机高效工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一实施方式提供的无人机控制系统的结构框图；
图2为图1所示实施方式的无人机控制系统的一个实施例中的电调的结构框图；
图3为图2所示实施例的检测单元的结构框图；
图4为图2所示实施例的温度检测子单元的具体电路图；
图5为图2所示实施例的电压检测子单元的具体电路图；
图6为图2所示实施例的电机的具体电路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1，一实施方式提供了一种无人机控制系统，用于驱动无人机的电机以移动无人机。该无人机控制系统包括控制模块110、电调120、电机130及信号收集模块140。
其中，信号收集模块140用于获取电调120和电机130的实时状态信息，并将实时状态信息反馈至控制模块110。控制模块110用于根据实时状态信息向电调120发出控制信号。电调120用于根据所述控制信号产生驱动信号。电机130用于在所述驱动信号的驱动下工作。
具体地，控制模块110发出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，电调120接收该脉冲宽度调制信号，并根据该脉冲宽度调制信号生成驱动电机130旋转的空间矢量脉冲宽度调制信号(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)，则电机130在该信号下旋转而工作。同时，信号收集模块140也获取到电调120和电机130的实时状态信息，并将该实时状态信息反馈至控制模块110，以使控制模块110根据该实时状态信息向电调120发出相应的控制信号，从而可以使控制模块110根据电调120和电机130的实时工作状态，发出控制信号，确保无人机的动力系统高效正常运转。其中，无人机为旋翼飞行器，旋翼可以是单旋翼、双旋翼、三旋翼、四旋翼、六旋翼及八旋翼等。为便于描述，以无人飞行器为例进行说明。信号收集模块140为单片机等具有数据处理功能的处理器。控制模块110为无人飞行器的飞行控制系统。电调120采用FOC(Field Oriented Control，磁场定向控制)电调。FOC电调与普通电调相比，具有在减速时能自动回收能量，实现更低能耗，更高效率；矢量控制，正弦驱动，转矩脉动小，电机130噪音更小；能量回馈制动，减速制动更快等优点。电机130包括无刷电机。
在一实施例中，实时状态信息包括电调120和电机130的物理属性参数信息。其中，物理属性参数信息包括电机130和电调120的温度、电压、电流及电机130的转速、相电阻、相电感等。例如，当实时状态信息为电机130的转速，且由于无人机动力系统的故障导致电机130的转速变慢时，控制模块110通过信号收集模块140获取到电机130的实时转速，并根据该实时转速发出相应的控制信号，以使电调120和电机130调整自身的工作状态，从而确保无人机在空中飞行的可靠性。又例如在电调120出现硬件故障，电机130出现堵转、空载等影响工作的异常时，控制模块110获取该实时状态信息后，发出控制信号控制电调120停止工作，以免造成二次伤害。
在一实施例中，请参考图2，电调120包括：控制信号端口121、电调控制器123、检测单元122、电机端口125及通信端口124。其中，控制信号端口121用于接收控制信号，并输出至检测单元122。检测单元122用于接收控制信号，并输出至电调控制器123，还用于检测到实时状态信息。电调控制器123用于接收控制信号和实时状态信息，并根据控制信号和实时状态信息生成驱动信号，且将驱动信号发送至电机端口125，还用于将实时状态信息发送至通信端口124。电机端口125用于接收驱动信号并传输至电机130。通信端口124用于向信号收集模块140传输实时状态信息。
具体地，控制模块110发出控制信号，通过控制信号端口121传输至电调120，电调120在该控制信号下工作并生成相应的驱动信号，而电机130通过电机端口接收该驱动信号，并在该驱动信号下工作，同时信号收集模块140通过通信端口124获取到电调120和电机130的实时状态信息，并将该实时状态信息发送至控制模块110，控制模块110再根据该实时状态信息发出控制信号，以使无人机实时调整工作状态。
其中，通信端口124为串行总线端口。电调控制器123可以为单片机或数字处理器或其他数据处理功能的处理器。控制信号端口121可以为通用同步首发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter,UART)总线、集成电路间(Inter-IntegratedCircuit,I2C)总线，串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)、控制器局域网(Controller area network，CAN)等。电机端口输出的为三相脉冲直流，与电机130的三相输入端相连。电调120还包括电源端口，电调120通过电源端口接收电源供电，即电源端口的正负极分别对应连接电源的正负极，以实现电源对电调的供电。电调120的输入电源通常是直流，例如是锂电池提供的电源。
在一实施例中，请继续参考图2，电调120还包括存储单元126。存储单元126连接电调控制器，存储单元126用于将电调控制器123发送的电机130转动次数的信息进行存储。
其中，存储单元126包括闪存。例如，电调120根据电机130的疲劳耐久数据，将电机130的转动次数写入闪存中，从而实时监控提醒电机130的寿命状况。
在一实施例中，请参考图3，检测单元122包括油门检测子单元1221。油门检测子单元1221的输入端和输出端分别对应连接控制信号端口121和电调控制器123，油门检测子单元1221用于接收控制信号，并将控制信号发送至电调控制器123。也就是说，油门检测子单元1221接收控制信号端口121发送的控制信号，并将其传输至电调控制器123。
在一实施例中，请继续参考图3，检测单元122还包括温度检测子单元1222。温度检测子单元1222连接电调控制器123。温度检测子单元1222用于对电调120和电机130的温度进行检测，并将温度检测结果发送至电调控制器。具体地，请参考图4，温度检测子单元1222包括电阻R1、电阻R2及电容C1，电阻R2与电容C1并联之后与电阻R1串联。
在一实施例中，请继续参考图3，检测单元122还包括电流检测子单元1224及电压检测子单元1225。电流检测子单元1224与电压检测子单元1225分别连接电调控制器123。电流检测子单元1224用于对电调120和电机130的电流进行检测，并将电流检测结果输出至电调控制器。电压检测子单元1225用于对电调120和电机130的电压进行检测，并将电压检测结果输出至电调控制器123。
具体地，请参考图5，电压检测子单元1225包括电阻R3、电阻R4及电容C2，电阻R4与电容C2并联之后与电阻R3串联。另外，请参考图6，为电机130的简化示意图，在电压检测子单元1225和电流检测子单元1224进行检测时，可遵循公式Vs＝Ris+Ldis/dt+es；其中，is表示电机130电流矢量，Vs表示输入电压矢量，es表示反电动势矢量，R表示绕组电阻，L表示绕组电感，Ts表示控制周期。即在电机130不转时，es＝0，保持电流不变，则dis/dt＝0，原公式转变为欧姆定律Vs＝Ris，相电阻R＝Vs/is改变控制频率，由于其他条件已知，电感L也可以求出。电调120通过电压检测子单元1225和电流检测子单元1224自适应检测出电机130的相电阻和相电感，建立起电机130的相应精确数学模型，实现电调120与电机130的通用适配。另外，电压检测子单元1225还与电源的正负两极并联。
在一实施例中，请继续参考图3，检测单元122还包括转速检测子单元1223。转速检测子单元1223分别连接电调控制器123及电机130。转速检测子单元1223用于对电机130的转速进行检测，并将转速检测结果发送至电调120控制器。也就是说，转速检测子单元1223检测电机130的转速，并将电机130的转速发送到电调控制器123，以使信号收集模块140可获取到电机130的转速。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种无人机控制系统，包括：控制模块、电调、电机及信号收集模块；
所述信号收集模块用于获取所述电调和所述电机的实时状态信息，并将所述实时状态信息反馈至所述控制模块；
所述控制模块用于根据所述实时状态信息向所述电调发出控制信号；
所述电调用于根据所述控制信号产生驱动信号；
所述电机用于在所述驱动信号的驱动下工作。
2.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述实时状态信息包括所述电调和所述电机的物理属性参数信息。
3.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述电调包括：控制信号端口、电调控制器、检测单元、电机端口及通信端口；
所述控制信号端口用于接收所述控制信号，并输出至所述检测单元；所述检测单元用于接收所述控制信号，并输出至所述电调控制器，还用于检测所述实时状态信息；所述电调控制器用于接收所述控制信号和所述实时状态信息，并根据所述控制信号和所述实时状态信息生成驱动信号，且将所述驱动信号发送至所述电机端口，还用于将所述实时状态信息发送至所述通信端口；所述电机端口用于接收所述驱动信号并传输至所述电机；所述通信端口用于向所述信号收集模块传输所述实时状态信息。
4.根据权利要求3所述的无人机控制系统，其特征在于，所述通信端口为串行总线端口。
5.根据权利要求3所述的无人机控制系统，其特征在于，所述电调还包括存储单元；所述存储单元连接所述电调控制器，所述存储单元用于将所述电调控制器发送的电机转动次数的信息进行存储。
6.根据权利要求5所述的无人机控制系统，其特征在于，所述存储单元包括闪存。
7.根据权利要求3-6中任一项权利要求所述的无人机控制系统，其特征在于，所述检测单元包括油门检测子单元；所述油门检测子单元的输入端和输出端分别对应连接所述控制信号端口和所述电调控制器，所述油门检测子单元用于接收所述控制信号，并将所述控制信号发送至所述电调控制器。
8.根据权利要求3-6中任一项权利要求所述的无人机控制系统，其特征在于，所述检测单元还包括温度检测子单元；温度检测子单元连接所述电调控制器；所述温度检测子单元用于对所述电调和所述电机的温度进行检测，并将温度检测结果发送至所述电调控制器。
9.根据权利要求3-6中任一项权利要求所述的无人机控制系统，其特征在于，所述检测单元还包括电流检测子单元及电压检测子单元；所述电流检测子单元与所述电压检测子单元分别连接所述电调控制器；所述电流检测子单元用于对所述电调和电机的电流进行检测，并将电流检测结果输出至所述电调控制器；所述电压检测子单元用于对所述电调和所述电机的电压进行检测，并将电压检测结果输出至所述电调控制器。
10.根据权利要求3-6中任一项权利要求所述的无人机控制系统，其特征在于，所述检测单元还包括转速检测子单元；转速检测子单元分别连接所述电调控制器及所述电机；所述转速检测子单元用于对所述电机的转速进行检测，并将转速检测结果发送至所述电调控制器。
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