CN114610071A - 多旋翼飞行器飞行控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能控制领域，具体地说是一种多旋翼飞行器飞行控制系统，包括接收机、商业飞行控制模块、飞行控制保护模块和电调信号选择器连接，所述商业飞行控制模块和飞行控制保护模块的信号输入端同时接受来自接收机的遥控信号；商业飞行控制模块和飞行控制保护模块的信号输出端同时与电调信号选择器连接。该系统实现了在商业飞行控制模块在自身传感器或控制算法等软件硬件故障失效导致多旋翼飞行器失控后再次控制飞行器，提高了飞行控制系统的稳定性与安全性。
Description
技术领域
本发明属于智能控制领域，具体地说是一种多旋翼飞行器飞行控制系统。
背景技术
多旋翼飞行器是指拥有四个以上的动力组旋翼通过不同方向旋转而进行飞行、悬停、转向等动作的飞行结构，其优点为飞行稳当、控制灵活、负载能力强、垂直起降等。通过不同方位的旋翼转速不同达到不同的升力从而改变飞行器的状态和位置变化，其中处于同一轴上的两个旋翼旋转方向相反。非常适合在静态和准静态条件下飞行，适合低空和超低空低速空中作业任务被广泛应用于航拍、植保、测绘等领域。
在多旋翼飞行器的控制系统中，最重要的是飞行控制系统，其中包括惯性器件组和嵌入式控制芯片，控制芯片通过采集惯性器件数据解算飞行器自身姿态和位置，再通过控制算法控制电子调速器驱动无刷电机实现飞行器自身控制，目前多数多旋翼飞行器的飞行控制系统只包含一套惯性器件，当惯性器件中的传感器失效或者受干扰时往往会造成姿态解算错误从而造成飞行器失控，而无刷电机及电子调速器等驱动单元可靠性较高不容易出现故障，因此飞行器在除人为操作失误及飞行器自身性能外造成飞行器失控的主要原因就是飞行控制系统的软硬件故障。
发明内容
为解决现有技术中存在的以上问题，本发明旨在提供一种多旋翼飞行器飞行控制系统，以达到提高飞行控制系统的稳定性与安全性，提高多旋翼飞行器的抗干扰能力的目的。
本发明的多旋翼飞行器飞行控制系统，采用的技术方案如下：
一种多旋翼飞行器飞行控制系统，所述控制系统与多旋翼飞行器机身固定连接，通过控制系统输出电调信号与各个螺旋桨的无刷电机连接，以控制多旋翼飞行器的飞行姿态，其特征在于所述飞行控制系统包括接收机、商业飞行控制模块、飞行控制保护模块和电调信号选择器连接，所述商业飞行控制模块和飞行控制保护模块的信号输入端同时接受来自接收机的遥控信号；商业飞行控制模块和飞行控制保护模块的信号输出端同时与电调信号选择器连接；
所述商业飞行模块在接收遥控信号传递给飞行控制单元后，将遥控信号解析成控制指令传递给电调信号输出单元，由电调信号输出单元转化为第一电调信号；
所述飞行控制保护模块在接收遥控信号传递给飞行控制单元后，将遥控信号解析成控制指令传递给电调信号输出单元，由电调信号输出单元转化为第二电调信号；
所述飞行控制保护模块同时与惯性器件传感器、GPS和气压计连接，惯性器件传感器向飞行控制保护模块传递飞行器的姿态信号，GPS向飞行控制保护模块传递飞行器的位置信号，气压计向飞行控制保护模块传递飞行器的高度信号，当飞行控制保护模块实时解析到飞行器的姿态、位置及高度信号中任意一项或几项状态异常时，飞行控制保护向电调信号选择器发出第二电调信号。
本发明的设计原理是通过在添加电调信号选择器实现商业飞行控制模块和飞行控制保护模块中电调信号的选择。通过电调信号的切换实现任意飞控对多旋翼飞行器的控制，而模式的切换可以通过遥控主动进行切换或者通过备份飞控由遥控信号或飞行器姿态、位置以及高度信息等设定条件自主判断是否切换保护模式。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：
本发明所提供的多旋翼飞行器控制系统，通过电调信号选择器实现商业飞行控制模块和飞行控制保护模块的切换，实现在商业飞行控制模块在自身传感器或控制算法等软件硬件故障失效导致多旋翼飞行器失控后再次控制飞行器，完成多旋翼飞行器的安全返航和降落，提高飞行控制系统的稳定性与安全性，提高多旋翼飞行器的抗干扰能力； 该控制系统能够适应多种特殊环境，可以在特殊环境下进行作业，特殊环境作业提供便捷，具有十分广阔的市场前景和实际应用价值。
附图说明
图1为本发明控制系统结构框图。
图2为本发明控制系统的控制逻辑框图。
具体实施方式
实施例1：本发明的控制系统的控制逻辑为：连接正常且供电后，飞行器在地面等待遥控信号，控制系统为正常模式，商业飞行控制模块输出第一电调信号，在正常模式下商业飞行控制模块完成对多旋翼飞行器的所有控制，包括遥控飞行器起飞，悬停，巡航和降落或地面站控制飞行器自动巡航。
在遥控信号操作飞行器起飞后，飞行控制保护模块首先记录当前GPS位置信号作为失控返航点同时开始实时检测接收机输出的遥控信号，将惯性器件传感器、GPS和气压计解算出的多旋翼飞行器姿态、位置以及高度数据和第一电调信号值存储在内部存储器中作为故障模式下第二电调信号输出的控制初始值，在正常模式下多旋翼飞行器通过手动切换或自动切换进入保护模式。
切换进入保护模式的方式包括：
手动切换，通过设定接收机指定遥控信号通道作为触发开关，起飞后飞行控制保护模块将实时检测接收机输出的遥控信号，当指定遥控通道满足触发条件后飞行控制保护模块进入保护模式；
自动切换，起飞后飞行控制保护模块将实时检测遥控信号与多旋翼飞行器数据，通过EKF姿态解算出多旋翼飞行器准确姿态，包括飞行器姿态角、飞行器角速度、飞行器位置和飞行器速度等，通过预先设定失控逻辑判断条件，判断飞行器是否需要进入保护模式。
进一步的，自动切换的失控逻辑判断条件为：
1）当俯仰或横滚姿态角大于设定安全角度时；
2）当俯仰或横滚角发生震荡，震荡幅度大于设定值时；
3）当俯仰通道遥控大于设定值时俯仰角速度小于设定值，遥控信号无法遥控商业飞行控制模块时；
4）当多旋翼飞行器高度方向速度发生震荡，震荡幅度大于设定值时；
5）多旋翼飞行器高度，东向，北向速度大于设定值时。
保护模式下，电调信号选择器选择第二电调信号，飞行控制保护模块以当前第一电调信号值作为初始值进行后续控制防止飞行器姿态控制突变，以当前GPS位置和气压计高度作为目标初始位置，之后飞行控制保护模块通过GPS位置和气压计高度闭环控制输出期望姿态角给电调信号选择器，使多旋翼无人机通过闭环控制实现飞行器失控后的快速悬停；在多旋翼飞行器进入悬停状态后，若没有遥控信号输入，飞行控制保护模块将以起飞点作为目标位置开始自动返航，返航开始时多旋翼飞行器上升至一定高度后，控制机头朝向目标点飞行在到达目标位置后缓慢降落，在返航过程中允许遥控信号随时打断返航过程；在保护模式下直到多旋翼飞行器降落地面且未检测到遥控信号时，飞行控制保护模块才会切换到正常模式。
Claims (5)
1.多旋翼飞行器飞行控制系统，所述控制系统与多旋翼飞行器机身固定连接，通过控制系统输出电调信号与各个螺旋桨的无刷电机连接，以控制多旋翼飞行器的飞行姿态，其特征在于所述飞行控制系统包括接收机、商业飞行控制模块、飞行控制保护模块和电调信号选择器连接，所述商业飞行控制模块和飞行控制保护模块的信号输入端同时接受来自接收机的遥控信号；商业飞行控制模块和飞行控制保护模块的信号输出端同时与电调信号选择器连接；
所述商业飞行模块在接收遥控信号传递给飞行控制单元后，将遥控信号解析成控制指令传递给电调信号输出单元，由电调信号输出单元转化为第一电调信号；
所述飞行控制保护模块在接收遥控信号传递给飞行控制单元后，将遥控信号解析成控制指令传递给电调信号输出单元，由电调信号输出单元转化为第二电调信号；
所述飞行控制保护模块同时与惯性器件传感器、GPS和气压计连接，惯性器件传感器向飞行控制保护模块传递飞行器的姿态信号，GPS向飞行控制保护模块传递飞行器的位置信号，气压计向飞行控制保护模块传递飞行器的高度信号，当飞行控制保护模块实时解析到飞行器的姿态、位置及高度信号中任意一项或几项状态异常时，飞行控制保护向电调信号选择器发出第二电调信号。
2.如权利要求1所述的多旋翼飞行器飞行控制系统，其特征在于其控制逻辑为：飞行器在地面等待遥控信号，控制系统为正常模式，商业飞行控制模块输出第一电调信号，在正常模式下商业飞行控制模块完成对多旋翼飞行器的所有控制，包括遥控飞行器起飞，悬停，巡航和降落或地面站控制飞行器自动巡航；在遥控信号操作飞行器起飞后，飞行控制保护模块首先记录当前GPS位置信号作为失控返航点同时开始实时检测接收机输出的遥控信号，将惯性器件传感器、GPS和气压计解算出的多旋翼飞行器姿态、位置以及高度数据和第一电调信号值存储在内部存储器中作为故障模式下第二电调信号输出的控制初始值，在正常模式下多旋翼飞行器通过手动切换或自动切换进入保护模式。
3.如权利要求2所述的多旋翼飞行器飞行控制系统，其特征在于切换进入保护模式的方式包括：
手动切换，通过设定接收机指定遥控信号通道作为触发开关，起飞后飞行控制保护模块将实时检测接收机输出的遥控信号，当指定遥控通道满足触发条件后飞行控制保护模块进入保护模式；
自动切换，起飞后飞行控制保护模块将实时检测遥控信号与多旋翼飞行器数据，通过EKF姿态解算出多旋翼飞行器准确姿态，包括飞行器姿态角、飞行器角速度、飞行器位置和飞行器速度等，通过预先设定失控逻辑判断条件，判断飞行器是否需要进入保护模式。
4.如权利要求3所述的多旋翼飞行器飞行控制系统，其特征在于自动切换的失控逻辑判断条件为：
1）当俯仰或横滚姿态角大于设定安全角度时；
2）当俯仰或横滚角发生震荡，震荡幅度大于设定值时；
3）当俯仰通道遥控大于设定值时俯仰角速度小于设定值，遥控信号无法遥控商业飞行控制模块时；
4）当多旋翼飞行器高度方向速度发生震荡，震荡幅度大于设定值时；
5）多旋翼飞行器高度，东向，北向速度大于设定值时。
5.如权利要求2所述的多旋翼飞行器飞行控制系统，其特征在于保护模式下的工作方式具体为：电调信号选择器选择第二电调信号，飞行控制保护模块以当前第一电调信号值作为初始值进行后续控制防止飞行器姿态控制突变，以当前GPS位置和气压计高度作为目标初始位置，之后飞行控制保护模块通过GPS位置和气压计高度闭环控制输出期望姿态角给电调信号选择器，使多旋翼无人机通过闭环控制实现飞行器失控后的快速悬停；在多旋翼飞行器进入悬停状态后，若没有遥控信号输入，飞行控制保护模块将以起飞点作为目标位置开始自动返航，返航开始时多旋翼飞行器上升至一定高度后，控制机头朝向目标点飞行在到达目标位置后缓慢降落，在返航过程中允许遥控信号随时打断返航过程；在保护模式下直到多旋翼飞行器降落地面且未检测到遥控信号时，飞行控制保护模块才会切换到正常模式。
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|---|---|---|---|
| CN202210274785.6A CN114610071A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 多旋翼飞行器飞行控制系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202210274785.6A CN114610071A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 多旋翼飞行器飞行控制系统 |
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| CN114610071A true CN114610071A (zh) | 2022-06-10 |
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| CN202210274785.6A Pending CN114610071A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 多旋翼飞行器飞行控制系统 |
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|---|---|
| CN (1) | CN114610071A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116149215A (zh) * | 2022-12-02 | 2023-05-23 | 广东汇天航空航天科技有限公司 | 飞机旋翼控制方法、装置、电子设备以及存储介质 |
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2022
- 2022-03-21 CN CN202210274785.6A patent/CN114610071A/zh active Pending
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