CN113144637B - 模型飞机四合一系统的数据调节方法和装置 - Google Patents

模型飞机四合一系统的数据调节方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种模型飞机四合一系统的数据调节方法和装置，其方法包括以下步骤：S1、在模型飞机上设置一个主控制器，将信号处理接收控制、多环串级高精度姿态控制、调速器控制、伺服器控制合成四合一系统；设置一上位机，上位机中设置飞机参数调整模块；主控制器与上位机进行数据交换；S2、飞机参数调整模块将机型参数调节限权开放，用户可调节飞机参数形成用户数据；S3、用户参数调节完毕后，主控制器保存参数数据并与上位机断开数据连接；S4、主控制器读取保存的参数数据进行运算处理，驱动调速器、伺服器。本发明使得开发人员可在不懂机型参数的情况下进行开发，但机手可按需调节参数，提高了产品项目开发的进度，满足用户对机型参数的个性化的需求。

Description

模型飞机四合一系统的数据调节方法和装置
技术领域
本发明涉及模型飞机四合一系统的生产数据与用户数据的调节方法,特别是模型飞机内有刷电机调速器、有刷伺服器、信号接收器、多环串级姿态控制的调节装置。
背景技术
现有技术的模型飞机使用调速器、伺服器、接收器、飞行控制器等独立产品模块组合而成。调速器、伺服器、接收器通过有线方式与飞机控制器连接。飞行控制器对不同的调速器、伺服器、接收器进行兼容性配置。这样就导致整体占用结构空间大，增加了模型飞机的体积，也增加了模型飞机的重量，增加了模型飞机的成本。独立产品模块进行组合时连线的松动可能影响了模型飞机的稳定性，飞机控制器对一些调速器、伺服器、接收器等也不兼容，减少了调速器、伺服器、接收器的自由选择空间；即使选择了飞行控制器所兼容的调速器、伺服器、接收器，依然需要用户设置大量的兼容参数，增加了用户玩模型飞机的技术门槛。调速器、伺服器、接收器在与飞行控制器通讯时，会产生一定的通讯延迟和通讯误差，降低了模型飞机的精度，减少了模型飞机的稳定性。
开发人员在进行模型飞机编程的时候，需要标定飞机参数。这样就导致产品项目开发进度慢，用户对机型参数的个性化需求得不到满足。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种提高模型飞机的稳定性的模型飞机四合一系统的数据调节方法。
本发明的目的之一在于提供一种提高模型飞机的稳定性的模型飞机四合一系统的数据调节装置。
本发明的目的之一可以这样实现，设计一种模型飞机四合一系统的数据调节方法，包括以下步骤：
S1、在模型飞机上设置一个主控制器，将信号处理接收控制、多环串级高精度姿态控制、调速器控制、伺服器控制合成四合一系统，在主控制器上完成四个部件的控制功能，生产数据与用户数据存储在主控制器的存储器里；设置一上位机，上位机中设置飞机参数调整模块；主控制器通过有线或无线的方式与上位机进行数据交换；
S2、飞机参数调整模块将机型参数涉及用户数据的调节限权开放，用户通过飞机参数调整模块调节飞机参数形成新用户数据以满足用户对飞机飞行的需求；
S3、用户参数调节完毕后，主控制器保存调节后的参数数据并与上位机断开数据连接；
S4、主控制器读取保存的参数数据进行运算处理，驱动调速器、伺服器。
进一步地，用户参数调节完毕后，上位机将调节后的参数数据保存，将模型飞机的型号数据与保存的用户参数上传至生产数据库。
进一步地，包括以下步骤：
S201、用户通过飞机参数调整模块对高频信号处理接收器、闭环伺服器、电机调速器、多环串级的高精度姿态控制进行参数配置；
S202、用户通过飞机参数调整模块对最终物理输出信号进行方向、行程、速度匹配；
S203、用户通过飞机参数调整模块选择电池参数组配置低电压保护动作；
S204、用户通过飞机参数调整模块选择飞机参数调整模块中的参数组配置供其它参数组调用的曲线；
S205、用户通过飞机参数调整模块选择飞机参数调整模块中的参数组配置需要通过无线遥控器实时调节的其他参数组参数；
S206、用户选择飞机参数调整模块中的参数组对参与多环串级的高精度姿态控制中使用的参数进行选择；
S207、模型飞机的主控制器读取存储的生产与用户参数，读取传感器的姿态角信号，读取接收器的信号、读取电源信号、控制指示灯；
S208、主控制器根据生产、用户数据将姿态角信号转换为可参与计算的姿态角，将接收器信号转换为可参与运算的控制数据；
S209、主控制器对姿态角与接收器信号进行曲线柔化运算、动作干预运算、旋转补偿运算、混控运算以得到油门信号与伺服信号；
S210、主控制器根据生产、用户数据对油门信号进行电机匹配运算，启动、运行、刹车分段运算，控制电机；
S211、主控制器根据生产、用户数据对伺服信号、伺服位置信号进行闭环运算，控制伺服电机。
进一步地，7个点将油门行程分段使用一元一次函数y＝ax+b转换，其中，y为输出给下一模块的控制数据，x为输入的控制数据，a、b为7个点中相邻两点。
进一步地，所述曲线柔化运算采用贝塞尔算法，其公式为B(t)＝(1-t)2P0+2t(1-t)P1+t2P2，t∈[0,1]，其中，B(t)为输出给下一模块的控制数据，t为输入的控制数据，P0、P1为7点中的相邻两点，P2为贝塞尔曲线控制点。
进一步地，伺服器闭环运算采用增量式PID算法，其公式为Δu(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，其中，Δu(k)为输出给电机的控制量，Kp为比例系数，e(k)为误差，即伺服器目标位置与当前位置之间的差值，e(k-1)为上一次误差，e(k-2)为上上次误差，k为运算次数，Ki为积分系数、Kd为微分系数。
进一步地，多环串级的高精度姿态控制运算采用位置式PID算法，其公式为u(k)＝Kpe(k)+Ki∑i＝0e(i)+Kd[e(k)-e(k-1)]，其中，u(k)为模块输出量，Kp为比例系数，e(k)为误差，即目标值与当前测量值的差值，e(k-1)为上一次误差，∑i＝0e(i)为误差的累加，k为运算次数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
进一步地，通过飞行数据判断出模型飞机当前处于右回中、右离中、左回中、左离中状态的，根据飞行状态调节位置式PID算法中的对应参数。
本发明的目的之一可以这样实现，设计一种模型飞机四合一系统的数据调节装置，包括上位机、主控制器、多环串级高精度姿态控制器、信号处理接收器、调速器、伺服器；
上位机设置飞机参数调整模块，上位机与主控制器之间通过有线或无线方式传输数据；
主控制器包括多环串级高精度姿态控制器、信号处理接收模块、调速器控制模块、伺服器控制模块、存储器，主控制器读取存储器数据、读取传感器的姿态角信号、读取接收器的信号、读取电源信号和控制指示灯；
多环串级高精度姿态控制器，对姿态角与接收器信号进行曲线柔化运算、动作干预运算、旋转补偿运算、混控运算以得到油门信号与伺服信号；
信号处理接收器，接收遥控器发出的遥控控制信号并将遥控控制信号送至主控制器；
调速器，接收对应控制信号做出对应动作；
伺服器，接收对应控制信号做出对应动作。
进一步地，参数组数据存储在存储器内由主控制器调用；“radio”参数组可配置接收器的接收通道，接收类型参数；“RX”参数组可配置接收器接收数据的最小值、中位值、最大值匹配，接收数据进行增减量速度匹配；“hill”、“function-R”、“motion-R-1”、“motion-R-2”、“FK”、“flybar”、“function”、“motion-1”、“motion-2”、“mixer-1”、“mixer-2”参数组配置用于接收器控制信号、陀螺仪姿态信号进行多环串级的高精度姿态控制运算参数；“output”参数组可对输出信号反向，输出信号最小行程、最大行程限值、输出信号中位偏移、输出信号增量、减量速度调节；“servo”参数组可配置伺服器电机频率、伺服器运转方向、伺服器偏移范围、伺服器角度校准、伺服器PID运算死区、伺服器正向运转与方向运转的P、I、D值；“servo_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对伺服器独立测试；“esc”参数组可配置电调电机频率、电机运转方向、电调控制信号行程匹配、电调启动、运行、刹车曲线；“esc_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对电调独立测试；“battery”参数组可配置电池报警电压、油门切断电压；“curve”参数组可配置与行程匹配的七点曲线和七点曲线平滑处理；“TXcontrol”参数组可配置待实时调节的参数选择，待实时调节的参数范围限值，控制待实时调节的参数变化的通道与开关类型
本发明通过模型飞机的主控制器读取姿态角数据、解码接收器数据，多环串级处理运算，转换为伺服控制信号驱动伺服器，转换为油门控制信号驱动调速器，再与可数据调节的开环有刷电机调速器、可数据调节的闭环有刷伺服器、可数据调节的2.4G高频信号处理接收器、可数据调节的多环串级高精度姿态控制器高度集成，节约了模型飞机的结构空间，降低了成本，模块上的高集成度避免了模块通信过程中的误差和延迟，提高了精度，增强了模型飞机的整体稳定性。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的方框图；
图2是本发明较佳实施例的流程图；
图3是本发明较佳实施例之可数据调节的开环有刷电机调速器的方框图；
图4是本发明较佳实施例之可数据调节的开环有刷电机调速器的流程图；
图5是本发明较佳实施例之可数据调节的闭环有刷伺服器的方框图；
图6是本发明较佳实施例之可数据调节的闭环有刷伺服器的流程图；
图7是本发明较佳实施例之可数据调节的2.4G高频信号处理接收器的方框图；
图8是本发明较佳实施例之可数据调节的2.4G高频信号处理接收器的流程图；
图9是本发明较佳实施例之可数据调节的多环串级的高精度姿态控制的方框图；
图10是本发明较佳实施例之可数据调节的多环串级的高精度姿态控制的可数据调节的多环串级的高精度姿态控制流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
如图2所示，一种模型飞机四合一系统的数据调节方法，包括以下步骤：
S1、在模型飞机上设置一个主控制器，将信号处理接收控制、多环串级高精度姿态控制、调速器控制、伺服器控制合成四合一系统，在主控制器上完成四个部件的控制功能，生产数据与用户数据存储在主控制器的存储器里；设置一上位机，上位机中设置飞机参数调整模块；主控制器通过有线或无线的方式与上位机进行数据交换。
实施例中，有线连接方式为串口连接方式；无线连接方式为蓝牙连接方式。
S2、飞机参数调整模块将机型参数调节限权开放，用户通过飞机参数调整模块调节飞机参数形成用户数据以满足用户对飞机飞行的需求。
打开飞机参数调整模块选择端口号为对应串口号。
S3、用户参数调节完毕后，主控制器保存调节后的参数数据并与上位机断开数据连接。
S4、主控制器读取保存的参数数据进行运算处理，驱动调速器、伺服器。
实施例中，生产数据与用户数据同时存放在主控制器的flash，生产数据与用户数据在模型飞机出厂前调校好。用户没有权限修改生产数据。生产数据主要包括与硬件特性相关参数，比如模型飞机机型参数、电机运转方向参数、版本信息等等。用户数据包括接收类型参数、高精度姿态控制运算参数、输出信号反向、输出信号最小行程、最大行程限值、输出信号中位偏移、输出信号增量、减量速度、伺服器电机频率、伺服器运转方向、伺服器偏移范围、伺服器角度校准、伺服器PID运算死区、伺服器正向运转与方向运转的PID值、电调电机频率、电机运转方向、电调控制信号行程匹配、电调启动、运行、刹车曲线等等。
用户参数调节完毕后，上位机将调节后的参数数据保存，将模型飞机的型号数据与保存的用户参数上传至生产数据库。
调节方法，包括以下步骤：
S201、用户通过飞机参数调整模块对高频信号处理接收器、闭环伺服器、电机调速器、多环串级的高精度姿态控制进行参数配置。
模型飞机的“radio”参数组可配置接收器的接收通道，接收类型参数。所述模型飞机的“RX”参数组可配置接收器接收数据的最小值、中位值、最大值匹配，接收数据进行增减量速度匹配。
模型飞机的“hill”、“function-R”、“motion-R-1”、“motion-R-2”、“FK”、“flybar”、“function”、“motion-1”、“motion-2”、“mixer-1”、“mixer-2”参数组配置用于接收器控制信号、陀螺仪姿态信号进行多环串级的高精度姿态控制运算参数。
模型飞机的“output”参数组可对输出信号反向，输出信号最小行程、最大行程限值、输出信号中位偏移、输出信号增量、减量速度调节。
模型飞机的“servo”参数组可配置伺服器电机频率、伺服器运转方向、伺服器偏移范围、伺服器角度校准、伺服器PID运算死区、伺服器正向运转与方向运转的P、I、D值。模型飞机的“servo_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对伺服器独立测试。
模型飞机的“esc”参数组可配置电调电机频率、电机运转方向、电调控制信号行程匹配、电调启动、运行、刹车曲线。模型飞机的“esc_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对电调独立测试。
实施例中，选择飞机参数调整模块中“zonda-product-info”参数组读取本发明装置版本信息，选择飞机参数调整模块中“RX”、“radio”参数组对高频信号处理接收器进行参数配置；选择飞机参数调整模块中“servo”、“servo_tester”参数组对闭环伺服器进行参数配置；选择飞机参数调整模块中“esc”、“esc_tester”参数组对电机调速器进行参数配置；选择飞机参数调整模块中“hill”、“function-R”、“motion-R-1”、“motion-R-2”、“FK”、“flybar”、“function”、“motion-1”、“motion-2”、“mixer-1”、“mixer-2”参数组对多环串级的高精度姿态控制参数配置。
S202、用户通过飞机参数调整模块对最终物理输出信号进行方向、行程、速度匹配。
实施例中，选择飞机参数调整模块中的“output”参数组对最终物理输出信号进行方向、行程、速度匹配。
S203、用户通过飞机参数调整模块选择电池参数组配置低电压保护动作。
模型飞机的“battery”参数组可配置电池报警电压、油门切断电压。
实施例中，选择飞机参数调整模块中的“battery”参数组配置低电压保护动作。
S204、用户通过飞机参数调整模块选择飞机参数调整模块中的参数组配置供其它参数组调用的曲线；
模型飞机的“curve”参数组可配置与行程匹配的七点曲线和七点曲线平滑处理。
实施例中，选择飞机参数调整模块中的“curve”参数组配置供其它参数组调用的曲线。
S205、用户通过飞机参数调整模块选择飞机参数调整模块中的参数组配置需要通过无线遥控器实时调节的其他参数组参数。
模型飞机的“TXcontrol”参数组可配置待实时调节的参数选择，待实时调节的参数范围限值，控制待实时调节的参数变化的通道与开关类型。
实施例中，选择飞机参数调整模块中的“TXcontrol”参数组配置需要通过无线遥控器实时调节的其他参数组参数。
S206、用户选择飞机参数调整模块中的参数组对参与多环串级的高精度姿态控制中使用的参数进行选择。
实施例中，选择飞机参数调整模块中的“BKcontrol”参数组对参与多环串级的高精度姿态控制中使用的“motion-R-1”、“motion-R-2”、“motion-1”、“motion-2”、“mixer-1”、“mixer-2”进行选择。
之后，点击“全部写入”按钮，上述步骤配置的参数写入存储器中形成生产、用户数据。
S207、模型飞机的主控制器读取存储的生产与用户参数，读取传感器的姿态角信号，读取接收器的信号、读取电源信号、控制指示灯。
主控制器上电后，读取通过调参接口写入在存储器中的数据，存储器中的数据包括：电机调速器的油门信号匹配数据，电机调速器的电机匹配数据，电机调速器电机启动、运行、刹车配置数据，电机调速器电机保护数据，闭环伺服器当前速度、位置数据，闭环伺服器接收脉宽匹配、中位校准数据，闭环伺服器电机正反向、电机频率、电机启动值数据，闭环伺服器闭环参数数据，高频信号处理接收器通道配置数据，高频信号处理接收器接收信号最小、最大、中位值，反应灵敏度，选择曲线柔化数据，多环串级高精度姿态控制的分段式多方向闭环控制数据，多环串级高精度姿态控制的开环信号匹配数据。
实施例中，主控制器读取电源信号，通过12位模拟数字转换器，每间隔10us采集一次电源电压，当电压低于门限值一时，指示灯闪烁，当电压低于门限值二时，指示灯加快闪烁，油门控制信号缓慢停止，伺服控制信号停止。主控制器读取门限值一，门限值二，通过生产、用户参数根据模型飞机型号进行配置。
S208、主控制器根据生产、用户数据将姿态角信号转换为可参与计算的姿态角，将接收器信号转换为可参与运算的控制数据。
如图9所示，通过协议读取姿态角数据，根据存储器数据处理姿态角。如图7所示，模型飞机的主控制器通过协议读取接收器信号，根据存储器数据处理接收信号。实施例中，模型飞机的主控制器读取姿态角信号，通过串行通讯接口读取，每间隔10ms获取一次姿态角信号。模型飞机的主控制器读取接收器信号，通过2.4G无线接收，经过协议解码为可用信号，如图8所示。
S209、主控制器对姿态角与接收器信号进行曲线柔化运算、动作干预运算、旋转补偿运算、混控运算以得到油门信号与伺服信号。
主控制器读取姿态角信号进行动作干预段运算，对飞行的每一个状态匹配不同的闭环参数，得到伺服控制信号。如图10所示，模型飞机的主控制器将姿态角、接收信号经过多环串级运算转换为油门控制信号、伺服控制信号。
主控制器根据油门控制信号读取接收器信号进行曲线柔化运算，通过7个点将油门行程分段，通过高阶贝塞尔转换为曲线，得到第二油门控制信号。
7个点将油门行程分段使用一元一次函数y＝ax+b转换，其中，y为输出给下一模块的控制数据，x为输入的控制数据，a、b为7个点中相邻两点。
所述曲线柔化运算采用贝塞尔算法，其公式为B(t)＝(1-t)2P0+2t(1-t)P1+t2P2，t∈[0,1]，其中，B(t)为输出给下一模块的控制数据，t为输入的控制数据，P0、P2为7点中的相邻两点，P1为贝塞尔曲线控制点。
若按传统线性控制方式，当油门在中位时，电机转速相对来说也在中档速度。比如油门信号为1100，输出控制信号为1100；油门信号为1150，输出控制信号为1150；油门信号为1200，输出控制信号为1200；油门信号为1300，输出控制信号为1300。这种传统的油门、速度匹配方式比较单一，不利于应用在复杂的控制场合。七点分段使油门信号控制的更细腻。使用七点分段可根据不同场合对油门、速度进行不同的匹配。贝塞尔曲线柔化则是在七点分段的基础上进一步细腻化，将七点之间的线段柔化为曲线，使得输出平滑。
若以上信号在1100到1900之间通过七点分段处理，比如第一个点油门信号为1100，输出控制信号为1100，第二个点油门信号为1200，输出控制信号为1180；那么由这两个点，根据y＝ax+b可以推导出油门信号为1150时，输出控制信号的值。推导：(1100,1100)，(1200，1180)代入y＝ax+b，可求出a＝0.8，b＝220，即y＝0.8x+220，那么当油门信号x为1150时，输出控制信号y＝0.8*1150+220＝1140。
若以上信号在1100到1900之间通过七点分段处理并进行贝塞尔曲线柔化。比如第一个点油门信号为1100，输出控制信号为1100；第二个点油门信号为1200，输出控制信号为1180。在第一个点与第二个点之间进行贝塞尔曲线柔化。B(t)＝(1-t)2P0+2t(1-t)P1+t2P2，其中，t＝(1150–1100)/(1200-1100)＝0.5，P0＝1100，P2＝1180，控制点P1＝1150，那么代入公式，第二油门控制信号输出值＝(1-0.5)*(1-0.5)*1100+2*0.5*(1-0.5)*1150+0.5*0.5*1180＝1145。
通过上述可以看出，最终的输出值是缓慢增长的方式，如果在启动阶段，则可以平滑启动。
多环串级的高精度姿态控制运算采用位置式PID算法，其公式为u(k)＝Kpe(k)+Ki∑i＝0e(i+Kd[e(k)-e(k-1)]，其中，u(k)为模块输出量，Kp为比例系数，e(k)为误差，即目标值与当前测量值的差值，e(k-1)为上一次误差，∑i＝0e(i为误差的累加，k为运算次数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
通过飞行数据判断出模型飞机当前处于右回中、右离中、左回中、左离中状态的，根据飞行状态调节位置式PID算法中的对应参数。传统处理方式是单方向PID控制，本发明所使用的右回中、右离中、左回中、左离中四个方向的PID控制，相较于传统方式降低了因模型飞机各个方向结构差异导致的晃动。
例：此时传感器测量的角度值为-50，目标角度值为0，上一次目标角度与传感器测量角度差值为60，误差的累加为100，Kp为0.5，Ki为0.1，Kd为0.01，代入公式可得控制量＝0.5*(0-(-50))+0.1*(100)+0.01*(50–60)＝34.9。
经过控制后，此时再测得传感器测量角度值为-40，目标角度值还为0，那么上一次目标角度与传感器测量角度差值为50，误差累加为100+50＝150；代入公式可得控制量＝0.5*(0-(-40))+0.1*150+0.01*(40–50)＝34.9。
S210、主控制器根据生产、用户数据对油门信号进行电机匹配运算，启动、运行、刹车分段运算，控制电机。
如图4所示，模型飞机的主控制器将油门控制信号转换为油门信号，匹配电机物理参数，判断当前电调处于启动状态、运行状态、刹车状态，依据判断的状态匹配对应的状态参数，输出对应的电机脉宽。
S211、主控制器根据生产、用户数据对伺服信号、伺服位置信号进行闭环运算，控制伺服电机。
伺服器闭环运算采用增量式PID算法，其公式为Δu(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，其中，Δu(k)为输出给电机的控制量，Kp为比例系数，e(k)为误差，即伺服器目标位置与当前位置之间的差值，e(k-1)为上一次误差，e(k-2)为上上次误差，k为运算次数，Ki为积分系数、Kd为微分系数。应用中，Ki通常设为0，采用Kp、Kd控制。例：当前电位器测得值为500，电位器目标值为1000，上一次误差值e(k-1)为600，上上次误差e(k-2)为700，Kp为0.5，Ki为0，Kd为0.2；那么控制量＝0.5*(500-600)+0*500+0.2*(500–2*600-700)＝-330；若经过上次控制量后，此时电位器测得值为800，e(k)＝1000–800＝200，e(k-1)＝500，e(k-2)＝600，控制量＝0.5*(200-500)+0*200+0.2*(200–2*500-600)＝-430。
如图6所示，模型飞机的主控制器将伺服控制信号匹配为伺服运算信号，通过模数转换获取伺服当前位置，判断目标位置与当前位置的差值是否在设置的死区范围，如果不在，输出对应的电机脉宽控制电机，从而改变伺服位置。
主控制器根据伺服控制信号匹配不同的伺服位置参数，根据参数、当前伺服位置、伺服控制信号进行闭环运算，运算结果经过限幅转换为脉宽调制信号，通过脉宽调制器、电机驱动器，驱动电机转动。
主控制器读取当前伺服位置，通过12位模拟数字转换器，每间隔10us一次采样获取。
主控制器根据油门控制信号匹配启动、运行、刹车参数，经过运算后通过脉宽调制器、电机驱动器，驱动电机转动。
主控制器判断油门控制信号匹配启动、运行、刹车状态，当油门量在增加情况且在油门的起始行程量判断为启动状态。当油门量在减少情况且在油门的结束行程量判断为刹车状态。当油门量不在启动状态且不在刹车状态判断为运行状态。
主控制器读取起始、结束行程，通过生产、用户参数配置。
模型飞机的主控制器通过上述操作使得各项数据实时反应在闭环伺服器终端、电机调速器电机终端进而调整模型飞机的飞行姿态，使模型飞机保持稳定。
如图1、3、5所示，一种模型飞机四合一系统的数据调节装置，包括上位机、主控制器、多环串级高精度姿态控制器、信号处理接收器、调速器、伺服器；
上位机设置飞机参数调整模块，上位机与主控制器之间通过有线或无线方式传输数据；
主控制器包括多环串级高精度姿态控制器、信号处理接收模块、调速器控制模块、伺服器控制模块、存储器，主控制器读取存储器数据、读取传感器的姿态角信号、读取接收器的信号、读取电源信号和控制指示灯；
多环串级高精度姿态控制器，对姿态角与接收器信号进行曲线柔化运算、动作干预运算、旋转补偿运算、混控运算以得到油门信号与伺服信号；
信号处理接收器，接收遥控器发出的遥控控制信号并将遥控控制信号送至主控制器；
调速器，接收对应控制信号做出对应动作；
伺服器，接收对应控制信号做出对应动作。
参数组数据存储在存储器内由主控制器调用；“radio”参数组可配置接收器的接收通道，接收类型参数；“RX”参数组可配置接收器接收数据的最小值、中位值、最大值匹配，接收数据进行增减量速度匹配；“hill”、“function-R”、“motion-R-1”、“motion-R-2”、“FK”、“flybar”、“function”、“motion-1”、“motion-2”、“mixer-1”、“mixer-2”参数组配置用于接收器控制信号、陀螺仪姿态信号进行多环串级的高精度姿态控制运算参数；“output”参数组可对输出信号反向，输出信号最小行程、最大行程限值、输出信号中位偏移、输出信号增量、减量速度调节；“servo”参数组可配置伺服器电机频率、伺服器运转方向、伺服器偏移范围、伺服器角度校准、伺服器PID运算死区、伺服器正向运转与方向运转的P、I、D值；“servo_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对伺服器独立测试；“esc”参数组可配置电调电机频率、电机运转方向、电调控制信号行程匹配、电调启动、运行、刹车曲线；“esc_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对电调独立测试；“battery”参数组可配置电池报警电压、油门切断电压；“curve”参数组可配置与行程匹配的七点曲线和七点曲线平滑处理；“TXcontrol”参数组可配置待实时调节的参数选择，待实时调节的参数范围限值，控制待实时调节的参数变化的通道与开关类型
所述的四合一系统由2.4G高频信号处理接收器、多环串级高精度姿态控制、调速器、伺服器合成，传统的方式是将四个独立的产品根据标准协议通过有线的方式连接在一起；本发明是在一个主控制器上完成四个独立产品的功能。这样可以解决传统方式四个独立产品传输数据的延迟问题，提高空间利用率，减轻重量，减少生产成本。
本发明可充分利用主控制器的有限资源、合理的调度，使多个模块保持高效、稳定运行。2.4G高频信号处理接收器在保证一定传输速率的情况下，保持稳定性。多环串级高精度姿态控制通过串级PID、分段式参数来兼容模型结构上各动作方向上的差异。调速器通过油门曲线化、分段参数来使电机“跟手”及个性化需求。伺服器通过在传统PID基础上优化算法以增强伺服器速度与精度。
本发明通过模型飞机的主控制器读取姿态角数据、解码接收器数据，多环串级处理运算，转换为伺服控制信号驱动伺服器，转换为油门控制信号驱动调速器，再与可数据调节的开环有刷电机调速器、可数据调节的闭环有刷伺服器、可数据调节的2.4G高频信号处理接收器、可数据调节的多环串级高精度姿态控制器高度集成，节约了模型飞机的结构空间，降低了成本，模块上的高集成度避免了模块通信过程中的误差和延迟，提高了精度，增强了模型飞机的整体稳定性。
本发明与现有技术相比，系统所有的数据都可以按对应地址接入到上位机调试，开发人员可在不懂机型参数的情况下进行开发，但可开放所有的参数给机手或用户调试机型参数，机手或用户可按需调节参数，这样提高了产品项目开发的进度，满足用户对机型参数的个性化的需求。

Claims (11)

1.一种模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在模型飞机上设置一个主控制器，将信号处理接收控制、多环串级高精度姿态控制、调速器控制、伺服器控制合成四合一系统，在主控制器上完成四个部件的控制功能，生产数据与用户数据存储在主控制器的存储器里；设置一上位机，上位机中设置飞机参数调整模块；主控制器通过有线或无线的方式与上位机进行数据交换；
S2、飞机参数调整模块将机型参数涉及用户数据的调节限权开放，用户通过飞机参数调整模块调节飞机参数形成新用户数据以满足用户对飞机飞行的需求；
包括以下步骤：
S201、用户通过飞机参数调整模块对高频信号处理接收器、闭环伺服器、电机调速器、多环串级的高精度姿态控制进行参数配置；
S202、用户通过飞机参数调整模块对最终物理输出信号进行方向、行程、速度匹配；
S203、用户通过飞机参数调整模块选择电池参数组配置低电压保护动作；
S204、用户通过飞机参数调整模块选择飞机参数调整模块中的参数组配置供其它参数组调用的曲线；
S205、用户通过飞机参数调整模块选择飞机参数调整模块中的参数组配置需要通过无线遥控器实时调节的其他参数组参数；
S206、用户选择飞机参数调整模块中的参数组对参与多环串级的高精度姿态控制中使用的参数进行选择；S3、用户参数调节完毕后，主控制器保存调节后的参数数据并与上位机断开数据连接；
S4、主控制器读取保存的参数数据进行运算处理，驱动调速器、伺服器。
2.根据权利要求1所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于：用户参数调节完毕后，上位机将模型飞机的生产数据与新用户数据保存并上传至生产数据库。
3.根据权利要求1所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S207、模型飞机的主控制器读取存储的生产与用户参数，读取传感器的姿态角信号，读取接收器的信号、读取电源信号、控制指示灯；
S208、主控制器根据生产、用户数据将姿态角信号转换为可参与计算的姿态角，将接收器信号转换为可参与运算的控制数据；
S209、主控制器对姿态角与接收器信号进行曲线柔化运算、动作干预运算、旋转补偿运算、混控运算以得到油门信号与伺服信号；
S210、主控制器根据生产、用户数据对油门信号进行电机匹配运算，启动、运行、刹车分段运算，控制电机；
S211、主控制器根据生产、用户数据对伺服信号、伺服位置信号进行闭环运算，控制伺服电机。
4.根据权利要求3所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于：主控制器根据油门控制信号读取接收器信号进行曲线柔化运算，通过7个点将油门行程分段，通过高阶贝塞尔转换为曲线，得到第二油门控制信号；7个点可以通过飞机参数调整模块调节。
5.根据权利要求4所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于：7个点将油门行程分段使用一元一次函数y＝ax+b转换，其中，y为输出给下一模块的控制数据，x为输入的控制数据，a、b为7个点中相邻两点。
6.根据权利要求4所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于：所述曲线柔化运算采用贝塞尔算法，其公式为B(t)＝(1-t)2P0+2t(1-t)P1+t2P2，t∈[0,1]，
其中，B(t)为输出给下一模块的控制数据，t为输入的控制数据，P0、P1为7点中的相邻两点，P2为贝塞尔曲线控制点。
7.根据权利要求3所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于：伺服器闭环运算采用增量式PID算法，其公式为Δu(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，其中，Δu(k)为输出给电机的控制量，Kp为比例系数，e(k)为误差，即伺服器目标位置与当前位置之间的差值，e(k-1)为上一次误差，e(k-2)为上上次误差，k为运算次数，Ki为积分系数、Kd为微分系数。
8.根据权利要求3所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于：多环串级的高精度姿态控制运算采用位置式PID算法，其公式为u(k)＝Kpe(k)+Ki∑i＝0e(i)+Kd[e(k)-e(k-1)]，其中，u(k)为模块输出量，Kp为比例系数，e(k)为误差，即目标值与当前测量值的差值，e(k-1)为上一次误差，∑i＝0e(i)为误差的累加，k为运算次数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
9.根据权利要求7所述的模型飞机四合一系统的数据调节方法，其特征在于：通过飞行数据判断出模型飞机当前处于右回中、右离中、左回中、左离中状态的，根据飞行状态调节位置式PID算法中的对应参数。
10.一种模型飞机四合一系统的数据调节装置，其特征在于：包括上位机、主控制器、多环串级高精度姿态控制器、信号处理接收器、调速器、伺服器；
上位机设置飞机参数调整模块，上位机与主控制器之间通过有线或无线方式传输数据；
主控制器包括多环串级高精度姿态控制器、信号处理接收模块、调速器控制模块、伺服器控制模块、存储器，参数组数据存储在存储器内由主控制器调用，主控制器读取存储器数据、读取传感器的姿态角信号、读取接收器的信号、读取电源信号和控制指示灯；
多环串级高精度姿态控制器，对姿态角与接收器信号进行曲线柔化运算、动作干预运算、旋转补偿运算、混控运算以得到油门信号与伺服信号；
信号处理接收器，接收遥控器发出的遥控控制信号并将遥控控制信号送至主控制器；
调速器，接收对应控制信号做出对应动作；
伺服器，接收对应控制信号做出对应动作。
11.根据权利要求10所述的模型飞机四合一系统的数据调节装置，其特征在于：“radio”参数组可配置接收器的接收通道，接收类型参数；“RX”参数组可配置接收器接收数据的最小值、中位值、最大值匹配，接收数据进行增减量速度匹配；“hill”、“function-R”、“motion-R-1”、“motion-R-2”、“FK”、“flybar”、“function”、“motion-1”、“motion-2”、“mixer-1”、“mixer-2”参数组配置用于接收器控制信号、陀螺仪姿态信号进行多环串级的高精度姿态控制运算参数；“output”参数组可对输出信号反向，输出信号最小行程、最大行程限值、输出信号中位偏移、输出信号增量、减量速度调节；“servo”参数组可配置伺服器电机频率、伺服器运转方向、伺服器偏移范围、伺服器角度校准、伺服器PID运算死区、伺服器正向运转与方向运转的P、I、D值；“servo_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对伺服器独立测试；“esc”参数组可配置电调电机频率、电机运转方向、电调控制信号行程匹配、电调启动、运行、刹车曲线；“esc_tester”参数组可配置伺服器测试仪输出的最小值、中位值、最大值、脉冲步进值、脉冲步进间隔时间，便于在没有接收器信号时对电调独立测试；“battery”参数组可配置电池报警电压、油门切断电压；“curve”参数组可配置与行程匹配的七点曲线和七点曲线平滑处理；“TXcontrol”参数组可配置待实时调节的参数选择，待实时调节的参数范围限值，控制待实时调节的参数变化的通道与开关类型。
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