CN109839941A - 一种个人小型飞行器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种个人小型飞行器控制系统，包括飞行控制处理模块、传感器模块、无线通信模块、执行模块和电源模块。该个人小型飞行器控制系统成本低廉，安全性能较高。

Description

一种个人小型飞行器控制系统

技术领域

本发明涉及个人小型飞行器控制技术领域，尤其涉及一种个人小型飞行器控制系统。

背景技术

上下班时间或者节假日时间，城市道路异常拥堵，解决交通拥堵问题异常迫切。个人小型飞行器可以飞越障碍物，可以解决交通拥堵问题，然而，目前单人飞行器控制系统过于复杂，安全性能存在缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种个人小型飞行器控制系统，成本低廉，安全性能较高。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种个人小型飞行器控制系统，包括飞行控制处理模块、传感器模块、无线通信模块、执行模块和电源模块。所述飞行控制处理模块实时处理由传感器模块采集的飞行器姿态、轨迹、位置等数据，并结合无线通信模块传送的地面控制信号，处理计算出反馈控制量，输出多路PWM信号控制舵机工作，保证飞行器的稳定飞行。所述传感器模块包括高度计、GPS、航向仪、姿态传感器，采集飞行器的各项数据，提供给飞行控制处理模块使用。所述高度计检测空气压力，通过SPI接口传送给飞行控制处理模块，飞行控制处理模块根据检测到的空气压力判断飞行器高度。所述GPS使用UART接口与飞行控制处理模块传输数据。所述航向仪选用磁力计，给飞行器提供导航信息。所述姿态传感器选择双轴加速度计与角速率陀螺仪，通过SPI接口输出模拟信号给飞行控制处理模块，飞行控制处理模块通过其内置的数据处理模块对采集到的姿态数据进行解算，得到飞行器的姿态信息。所述无线通信模块负责地面控制中心与飞行控制处理模块的信息交互，飞行控制处理模块接收地面控制中心的控制指令、导航参数、飞行控制参数等上行遥控命令，向地面控制中心发送飞行状态、姿态位置数据、轨迹信息等下行遥测数据。所述执行机构由多个舵机组成，飞行控制处理模块通过输出信号来使其偏转，从而达到控制飞行器稳定飞行的目的。所述电源模块为飞行控制系统提供多种不同的电压，保证飞行控制系统正常稳定工作。进一步地，所述飞行控制处理模块根据扩展卡尔曼滤波器来融合航向仪、GPS、高度计、姿态传感器的信息计算出飞行器的姿态、速度和位置。

本发明设计的飞行控制系统成本低廉，对输入的导航数据能够以最快的速度处理并以最短的延时输出控制信号，同时能够融合所有传感器测量的数据，即使有某个传感器测量数据出现重大错误，也不易影响到导航结果，安全性能较高。

具体实施方式

为便于对本发明的进一步理解，现结合具体实施例对本发明金星详细描述。

一种个人小型飞行器控制系统，包括飞行控制处理模块、传感器模块、无线通信模块、执行模块和电源模块。所述飞行控制处理模块实时处理由传感器模块采集的飞行器姿态、轨迹、位置等数据，并结合无线通信模块传送的地面控制信号，处理计算出反馈控制量，输出多路PWM信号控制舵机工作，保证飞行器的稳定飞行。所述传感器模块包括高度计、GPS、航向仪、姿态传感器，采集飞行器的各项数据，提供给飞行控制处理模块使用。所述高度计检测空气压力，通过SPI接口传送给飞行控制处理模块，飞行控制处理模块根据检测到的空气压力判断飞行器高度。所述GPS使用UART接口与飞行控制处理模块传输数据。所述航向仪选用磁力计，给飞行器提供导航信息。所述姿态传感器选择双轴加速度计与角速率陀螺仪，通过SPI接口输出模拟信号给飞行控制处理模块，飞行控制处理模块通过其内置的数据处理模块对采集到的姿态数据进行解算，得到飞行器的姿态信息。所述无线通信模块负责地面控制中心与飞行控制处理模块的信息交互，飞行控制处理模块接收地面控制中心的控制指令、导航参数、飞行控制参数等上行遥控命令，向地面控制中心发送飞行状态、姿态位置数据、轨迹信息等下行遥测数据。所述执行机构由多个舵机组成，飞行控制处理模块通过输出信号来使其偏转，从而达到控制飞行器稳定飞行的目的。所述电源模块为飞行控制系统提供多种不同的电压，保证飞行控制系统正常稳定工作。进一步地，所述飞行控制处理模块根据扩展卡尔曼滤波器来融合航向仪、GPS、高度计、姿态传感器的信息计算出飞行器的姿态、速度和位置。

本发明设计的飞行控制系统以飞行控制处理模块为控制核心，辅以传感器、执行机构、通信链路、地面控制中心等，实现对飞行器的导航与控制。姿态传感器将飞行器的姿态信息传给飞行控制处理模块，飞行控制处理模块根据姿态的状况，对应地调节舵机等执行机构，来获得期望的飞行姿态，例如平飞、上升、下降、拐弯、滚转等。飞行控制处理模块根据指定的航迹或者目标点来调整飞行方向、速度、高度等。其核心处理器是一切飞行器姿态、轨迹信息计算处理的平台，包括姿态解算，导航控制等一系列算法的处理，需要能实时快速地完成上述所列举的一系列复杂任务，因此对其数据存储、处理性能要求很高。同时，核心处理器是整个飞行控制系统硬件模块中消耗功率最大的一部分，为了降低整个系统的功耗，应该选用低功耗的处理器。传感器、通信链路和舵机控制等模块中，传感器模块负责飞行器各种数据的采集和传输，通信链路负责飞行器与地面控制中心的通讯任务，由于采集的数据量庞大，数据采集和舵机控制的通道也较多，因此所选择的传感器、舵机控制器和通信模块应具有较高的响应速度。电源模块的任务就是给整个飞行控制系统供电。由于涉及的硬件众多，各个硬件部分对供电电压的需求也有所不同，因此电源模块要实现对各个电压值的转换。利用本发明设计的硬件平台可以运行复杂度较高的算法，可以使用扩展卡尔曼滤波器来融合航向仪、GPS、高度计、姿态传感器的信息计算出飞行器的姿态、速度和位置。基于扩展卡尔曼滤波器的多传感器数据融合算法的优点是，能够融合所有传感器测量的数据，所以即使有某个传感器测量数据出现重大错误，也不易影响到导航结果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种个人小型飞行器控制系统，包括飞行控制处理模块、传感器模块、无线通信模块、执行模块和电源模块。所述飞行控制处理模块实时处理由传感器模块采集的飞行器姿态、轨迹、位置等数据以及由无线通信模块传送的地面控制信号，计算出反馈控制量，输出多路PWM信号控制执行模块工作，保证飞行器的稳定飞行。所述传感器模块包括高度计、GPS、航向仪、姿态传感器，传感器模块采集飞行器的各项数据，提供给飞行控制处理模块使用。所述高度计检测空气压力，通过SPI接口传送给飞行控制处理模块，飞行控制处理模块根据检测到的空气压力判断飞行器高度。所述GPS使用UART接口与飞行控制处理模块传输数据。所述航向仪选用磁力计，给飞行器提供导航信息。所述姿态传感器选择双轴加速度计与角速率陀螺仪，通过SPI接口输出模拟信号给飞行控制处理模块，飞行控制处理模块通过其内置的数据处理模块对姿态传感器采集到的姿态数据进行解算，得到飞行器的姿态信息。所述无线通信模块负责地面控制中心与飞行控制处理模块的信息交互，飞行控制处理模块接收地面控制中心的控制指令、导航参数、飞行控制参数等上行遥控命令，向地面控制中心发送飞行状态、姿态位置数据、轨迹信息等下行遥测数据。所述执行机构由多个舵机组成，飞行控制处理模块通过输出多路PWM信号来使其偏转，控制飞行器稳定飞行。所述电源模块为飞行控制系统提供多种不同的电压，保证飞行控制系统正常稳定工作。所述飞行控制处理模块根据扩展卡尔曼滤波器来融合航向仪、GPS、高度计、姿态传感器的信息计算出飞行器的姿态、速度和位置。