CN108897308B - 一种四旋翼飞控系统开发调试装置 - Google Patents

一种四旋翼飞控系统开发调试装置 Download PDF

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    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols

Abstract

本发明提出一种四旋翼飞控系统开发调试装置，属于旋翼机飞控技术领域，该装置包括状态监控与参数标定计算机、数据采集与通信模块和调试平台；该装置实时测量螺旋桨的升力，计算姿态角，与从飞行控制器读取的陀螺仪和电子罗盘数据进行校对，以此来调整陀螺仪和电子罗盘的安装位置；实时测量螺旋桨转速，反推无刷电机的驱动电流，与从飞行控制器读取的驱动电流进行校对，以此来调整飞行控制器输出给电子调速器的驱动脉宽；实现四旋翼无人机在小范围内进行俯仰、偏航和翻滚运动，避免了坠机事故，保障了研发人员和调试设备安全；该装置可实时将控制参数发送给飞行控制器，验证不同参数所产生的控制效果，提高了研发效率，降低了试验成本。

Description

一种四旋翼飞控系统开发调试装置
所属技术领域
本发明涉及旋翼机飞控技术领域，具体涉及一种四旋翼飞控系统开发调试装置。
背景技术
多旋翼无人机被广泛应用到农业、工业、交通、旅游、物流等各行各业。越来越多的企业开始研究多旋翼无人机的结构材料、飞控系统、远程控制以及以其为载体实现的其他功能，同时高校也审批了多旋翼无人机相关专业，培养多旋翼无人机专业人才，满足社会发展需求。多旋翼无人机是一种非线性欠驱动的发散系统，需要复杂的控制算法才能实现其升空自稳，否则发生坠机事故；同时，因螺旋桨转速较高有一定的危险性，稍有不慎带来破坏。为了避免多旋翼飞控系统开发过程中出现坠机事故和创造一个安全、协调的调试环境，亟待开发一种满足多旋翼无人机各种姿态(俯仰、偏航、翻滚)运动的调试装置，使其能够对多旋翼无人机进行状态监控及控制参数标定，提高飞控系统的开发效率。本发明以四旋翼无人机为例。
发明内容
本发明针对在研究的四旋翼无人机飞控系统中所存在的问题，提出了一种四旋翼飞控系统开发调试装置。
一种四旋翼飞控系统开发调试装置，包括状态监控与参数标定计算机、USB转CAN通信模块、串口通信模块、数据采集卡、第一螺旋桨激光测速模块、第一无刷电机支架、第一电机固定装置、第一姿态运动弹簧、第一测力传感器、第二螺旋桨激光测速模块、第二无刷电机支架、第二电机固定装置、第二姿态运动弹簧、第二测力传感器、台架、飞行控制器、姿态运动板、第三螺旋桨激光测速模块、第三无刷电机支架、第三电机固定装置、第三姿态运动弹簧、第三测力传感器、第四螺旋桨激光测速模块、第四无刷电机支架、第四电机固定装置、第四姿态运动弹簧、第四测力传感器；台架上面固定连接第一测力传感器、第二测力传感器、第三测力传感器、第四测力传感器；第一测力传感器上面固定连接第一姿态运动弹簧，第二测力传感器上面固定连接第二姿态运动弹簧，第三测力传感器上面固定连接第三姿态运动弹簧，第四测力传感器上面固定连接第四姿态运动弹簧；第一姿态运动弹簧、第二姿态运动弹簧、第三姿态运动弹簧和第四姿态运动弹簧上面固定连接姿态运动板；姿态运动板上面固定连接第一螺旋桨激光测速模块、第一电机固定装置、第二螺旋桨激光测速模块、第二电机固定装置、第三螺旋桨激光测速模块、第三电机固定装置、第四螺旋桨激光测速模块、第四电机固定装置；第一电机固定装置上面固定连接第一无刷电机支架，第二电机固定装置上面固定连接第二无刷电机支架，第三电机固定装置上面固定连接第三无刷电机支架，第四电机固定装置上面固定连接第四无刷电机支架；第一测力传感器、第二测力传感器、第三测力传感器、第四测力传感器、第一螺旋桨激光测速模块、第二螺旋桨激光测速模块、第三螺旋桨激光测速模块、第四螺旋桨激光测速模块与数据采集卡电连接，数据采集卡与USB转CAN通信模块电连接，USB转CAN通信模块与状态监控与参数标定计算机的USB口电连接；飞行控制器与串口通信模块电连接，串口通信模块与状态监控与参数标定计算机的串口电连接。
本发明的有益效果：该调试装置能够实时测量四旋翼无人机的四个螺旋桨升力，计算四旋翼无人机的姿态角，与从飞行控制器读取的陀螺仪数据和电子罗盘数据进行校对，以此来调整陀螺仪和电子罗盘的安装位置；实时测量四旋翼无人机的四个螺旋桨转速，反推四个无刷电机的驱动电流，与从飞行控制器读取的驱动电流进行校对，以此来调整飞行控制器输出给电子调速器的驱动脉宽；该调试装置能够实现四旋翼无人机在小范围内进行俯仰、偏航和翻滚运动，避免了四旋翼无人机坠机事故，保障了研发人员和调试设备安全；该调试装置可实时将控制参数发送给飞行控制器，验证不同参数所产生的控制效果，提高了研发效率，降低了试验成本。
附图说明
图1是本发明一种四旋翼飞控系统开发调试装置的结构示意图。
图中1-状态监控与参数标定计算机、2-USB转CAN通信模块、3-串口通信模块、4-数据采集卡、5-第一螺旋桨激光测速模块、6-第一无刷电机支架、7-第一电机固定装置、8-第一姿态运动弹簧、9-第一测力传感器、10-第二无刷电机支架、11-第二电机固定装置、12-第二姿态运动弹簧、13-第二测力传感器、14-第二螺旋桨激光测速模块、15-台架、16-飞行控制器、17-姿态运动板、18-第三测力传感器、19-第三螺旋桨激光测速模块、20-第三姿态运动弹簧、21-第三电机固定装置、22-第三无刷电机支架、23-第四测力传感器、24-第四姿态运动弹簧、25-第四电机固定装置、26-第四无刷电机支架、27-第四螺旋桨激光测速模块。
具体实施方式
如图1所示，一种四旋翼飞控系统开发调试装置，包括状态监控与参数标定计算机1、USB转CAN通信模块2、串口通信模块3、数据采集卡4、第一螺旋桨激光测速模块5、第一无刷电机支架6、第一电机固定装置7、第一姿态运动弹簧8、第一测力传感器9、第二无刷电机支架10、第二电机固定装置11、第二姿态运动弹簧12、第二测力传感器13、第二螺旋桨激光测速模块14、台架15、飞行控制器16、姿态运动板17、第三测力传感器18、第三螺旋桨激光测速模块19、第三姿态运动弹簧20、第三电机固定装置21、第三无刷电机支架22、第四测力传感器23、第四姿态运动弹簧24、第四电机固定装置25、第四无刷电机支架26、第四螺旋桨激光测速模块27；台架15上面固定连接第一测力传感器9、第二测力传感器13、第三测力传感器18、第四测力传感器23；第一测力传感器9上面固定连接第一姿态运动弹簧8，第二测力传感器13上面固定连接第二姿态运动弹簧12，第三测力传感器18上面固定连接第三姿态运动弹簧20，第四测力传感器23上面固定连接第四姿态运动弹簧24；第一姿态运动弹簧8、第二姿态运动弹簧12、第三姿态运动弹簧20和第四姿态运动弹簧24上面固定连接姿态运动板17；姿态运动板17上面固定连接第一螺旋桨激光测速模块5、第一电机固定装置7、第二螺旋桨激光测速模块14、第二电机固定装置11、第三螺旋桨激光测速模块19、第三电机固定装置21、第四螺旋桨激光测速模块27、第四电机固定装置25；第一电机固定装置7上面固定连接第一无刷电机支架6，第二电机固定装置11上面固定连接第二无刷电机支架10，第三电机固定装置21上面固定连接第三无刷电机支架22，第四电机固定装置25上面固定连接第四无刷电机支架26；第一测力传感器9、第二测力传感器13、第三测力传感器18、第四测力传感器23、第一螺旋桨激光测速模块5、第二螺旋桨激光测速模块14、第三螺旋桨激光测速模块19、第四螺旋桨激光测速模块27与数据采集卡4电连接，数据采集卡4与USB转CAN通信模块2电连接，USB转CAN通信模块2与状态监控与参数标定计算机1的USB口电连接；飞行控制器16与串口通信模块3电连接，串口通信模块3与状态监控与参数标定计算机1的串口电连接。
在四旋翼飞控系统姿态角调试过程中，数据采集卡4采集第一测力传感器9、第二测力传感器13、第三测力传感器18、第四测力传感器23的模拟信号，转化为四个螺旋桨的升力数值，通过USB转CAN通信模块2发送给状态监控与参数标定计算机1；飞行控制器16将自身的陀螺仪数据和电子罗盘数据通过串口通信模块3发送给状态监控与参数标定计算机1；状态监控与参数标定计算机1根据四个螺旋桨的升力数值计算出四旋翼无人机的姿态角，与陀螺仪数据和电子罗盘数据进行校对，根据校对结果调整陀螺仪和电子罗盘的安装位置。
在四旋翼飞控系统电机驱动调试过程中，数据采集卡4采集第一螺旋桨激光测速模块5、第二螺旋桨激光测速模块14、第三螺旋桨激光测速模块19、第四螺旋桨激光测速模块27的脉冲信号，转化为四个螺旋桨的转速数值，通过USB转CAN通信模块2发送给状态监控与参数标定计算机1；飞行控制器16将自身的无刷电机驱动电流数值通过串口通信模块3发送给状态监控与参数标定计算机1；状态监控与参数标定计算机1根据转速数值反推出无刷电机的驱动电流，与从飞行控制器16读取的驱动电流进行校对，根据校对结果调整飞行控制器16输出给电子调速器的驱动脉宽。
在四旋翼飞控系统开发调试过程中，四旋翼无人机带动姿态运动板17实现在小范围内进行俯仰、偏航和翻滚运动；由于第一电机固定装置7上面固定连接第一无刷电机支架6，第二电机固定装置11上面固定连接第二无刷电机支架10，第三电机固定装置21上面固定连接第三无刷电机支架22，第四电机固定装置25上面固定连接第四无刷电机支架26，避免了四旋翼无人机坠机事故，保障了研发人员和调试设备安全。
在四旋翼飞控系统开发调试过程中，状态监控与参数标定计算机1将控制参数通过串口通信模块3发送给飞行控制器16，验证不同参数所产生的控制效果。

Claims (3)

1.一种四旋翼飞控系统开发调试装置，其特征在于，包括状态监控与参数标定计算机（1）、USB转CAN通信模块（2）、串口通信模块（3）、数据采集卡（4）、第一螺旋桨激光测速模块（5）、第一无刷电机支架（6）、第一电机固定装置（7）、第一姿态运动弹簧（8）、第一测力传感器（9）、第二无刷电机支架（10）、第二电机固定装置（11）、第二姿态运动弹簧（12）、第二测力传感器（13）、第二螺旋桨激光测速模块（14）、台架（15）、飞行控制器（16）、姿态运动板（17）、第三测力传感器（18）、第三螺旋桨激光测速模块（19）、第三姿态运动弹簧（20）、第三电机固定装置（21）、第三无刷电机支架（22）、第四测力传感器（23）、第四姿态运动弹簧（24）、第四电机固定装置（25）、第四无刷电机支架（26）、第四螺旋桨激光测速模块（27）；台架（15）上面固定连接第一测力传感器（9）、第二测力传感器（13）、第三测力传感器（18）、第四测力传感器（23）；第一测力传感器（9）上面固定连接第一姿态运动弹簧（8），第二测力传感器（13）上面固定连接第二姿态运动弹簧（12），第三测力传感器（18）上面固定连接第三姿态运动弹簧（20），第四测力传感器（23）上面固定连接第四姿态运动弹簧（24）；第一姿态运动弹簧（8）、第二姿态运动弹簧（12）、第三姿态运动弹簧（20）和第四姿态运动弹簧（24）上面固定连接姿态运动板（17）；姿态运动板（17）上面固定连接第一螺旋桨激光测速模块（5）、第一电机固定装置（7）、第二螺旋桨激光测速模块（14）、第二电机固定装置（11）、第三螺旋桨激光测速模块（19）、第三电机固定装置（21）、第四螺旋桨激光测速模块（27）、第四电机固定装置（25）；第一电机固定装置（7）上面固定连接第一无刷电机支架（6），第二电机固定装置（11）上面固定连接第二无刷电机支架（10），第三电机固定装置（21）上面固定连接第三无刷电机支架（22），第四电机固定装置（25）上面固定连接第四无刷电机支架（26）；第一测力传感器（9）、第二测力传感器（13）、第三测力传感器（18）、第四测力传感器（23）、第一螺旋桨激光测速模块（5）、第二螺旋桨激光测速模块（14）、第三螺旋桨激光测速模块（19）、第四螺旋桨激光测速模块（27）与数据采集卡（4）电连接，数据采集卡（4）与USB转CAN通信模块（2）电连接，USB转CAN通信模块（2）与状态监控与参数标定计算机（1）的USB口电连接；飞行控制器（16）与串口通信模块（3）电连接，串口通信模块（3）与状态监控与参数标定计算机（1）的串口电连接；
在四旋翼飞控系统姿态角调试过程中，数据采集卡（4）采集第一测力传感器（9）、第二测力传感器（13）、第三测力传感器（18）、第四测力传感器（23）的模拟信号，转化为四个螺旋桨的升力数值，通过USB转CAN通信模块（2）发送给状态监控与参数标定计算机（1）；飞行控制器（16）将自身的陀螺仪数据和电子罗盘数据通过串口通信模块（3）发送给状态监控与参数标定计算机（1）；状态监控与参数标定计算机（1）根据四个螺旋桨的升力数值计算出四旋翼无人机的姿态角，与陀螺仪数据和电子罗盘数据进行校对，根据校对结果调整陀螺仪和电子罗盘的安装位置；
在四旋翼飞控系统电机驱动调试过程中，数据采集卡（4）采集第一螺旋桨激光测速模块（5）、第二螺旋桨激光测速模块（14）、第三螺旋桨激光测速模块（19）、第四螺旋桨激光测速模块（27）的脉冲信号，转化为四个螺旋桨的转速数值，通过USB转CAN通信模块（2）发送给状态监控与参数标定计算机（1）；飞行控制器（16）将自身的无刷电机驱动电流数值通过串口通信模块（3）发送给状态监控与参数标定计算机（1）；状态监控与参数标定计算机（1）根据转速数值反推出无刷电机的驱动电流，与从飞行控制器（16）读取的驱动电流进行校对，根据校对结果调整飞行控制器（16）输出给电子调速器的驱动脉宽。
2.根据权利要求1所述的一种四旋翼飞控系统开发调试装置，其特征在于：在四旋翼飞控系统开发调试过程中，四旋翼无人机带动姿态运动板（17）实现在小范围内进行俯仰、偏航和翻滚运动；由于第一电机固定装置（7）上面固定连接第一无刷电机支架（6），第二电机固定装置（11）上面固定连接第二无刷电机支架（10），第三电机固定装置（21）上面固定连接第三无刷电机支架（22），第四电机固定装置（25）上面固定连接第四无刷电机支架（26），避免了四旋翼无人机坠机事故，保障了研发人员和调试设备安全。
3.根据权利要求1所述的一种四旋翼飞控系统开发调试装置，其特征在于：在四旋翼飞控系统开发调试过程中，状态监控与参数标定计算机（1）将控制参数通过串口通信模块（3）发送给飞行控制器（16），验证不同参数所产生的控制效果。
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