CN115857399A - 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机 - Google Patents

一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机 Download PDF

Info

Publication number
CN115857399A
CN115857399A CN202211540935.XA CN202211540935A CN115857399A CN 115857399 A CN115857399 A CN 115857399A CN 202211540935 A CN202211540935 A CN 202211540935A CN 115857399 A CN115857399 A CN 115857399A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unmanned aerial
aerial vehicle
flight control
computer
redundancy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211540935.XA
Other languages
English (en)
Inventor
谢安桓
王晓波
胡易人
严旭飞
韩晓佳
朱世强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Lab
Original Assignee
Zhejiang Lab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Lab filed Critical Zhejiang Lab
Priority to CN202211540935.XA priority Critical patent/CN115857399A/zh
Publication of CN115857399A publication Critical patent/CN115857399A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机，包括多个冗余裁决计算机、多个飞控计算单元以及多组总线。其中，每个飞控计算单元包括一个飞控计算机，多个IMU，多个磁罗盘，多个气压计以及多个GPS模块。冗余裁决计算机负责采集所有飞控计算机输出的PWM信号的数值，并根据PWM值分析决策选出最优的飞控计算单元，将该飞控计算单元中飞控计算机的PWM值封装数据包通过总线发送到电机驱动器对电机进行控制。本发明通过传感器、飞控计算机、冗余裁决计算机以及总线的多冗余结构，使得本发明具有更强的容灾容错性能，提高了无人机安全性与稳定性。

Description

一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无 人机
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机。
背景技术
现阶段，无人机应用的场景越来越广泛，比如城市空中交通，电力巡检，航拍航测，物流快递，消防救援等。飞控系统对于多旋翼无人机来说，是至关重要的，飞控系统在无人机飞行过程中一旦失效，无人机的飞行任务将无法完成甚至导致坠机。现阶段，大多数飞控系统采用了一个飞控计算机多套传感器冗余的架构，缺少对飞控计算机的冗余。现在大多数余度飞控系统用到总线的地方，多数为单总线设计，如果总线出现故障会对无人机带来灾难性的后果。现大多数集中式余度飞控系统含有单个余度决策模块。例如申请号为202110591136.4的中国发明专利中公开了一种无人机的多余度仲裁切换方法、系统及计算机设备，该发明中含有TX2系统决策模块，一旦当TX2系统决策模块出现故障，整个飞控系统将出现单点失效故障，将无法正常运行。故有效解决集中式余度飞控系统单点失效的问题，以及提高无人机飞行安全与稳定性的新方法是亟需的。
发明内容
针对于现有技术上的一些不足，本发明提出了一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机。
本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，所述的基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统包括多个冗余裁决计算机、多个飞控计算单元和多组总线；所述的冗余裁决计算机的输入端与所有飞控计算机的输出端连接；所述的冗余裁决计算机的输出端与对应顺序的总线连接；所有飞控计算单元结构相同，均包括飞控计算机以及N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台，其中所述N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台都与所述飞控计算机相连，N为自然数且N≥3；数传电台接收远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令，IMU获取多旋翼无人机的加速度和角速度信息，磁罗盘获取多旋翼无人机的磁场信息，气压计获取多旋翼无人机的高度信息，GPS模块获取多旋翼无人机的位置和速度信息，所述加速度和角速度信息、磁场信息、高度信息、位置和速度信息组成传感器数据；飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号，然后通过多路I/O接口发送给冗余裁决计算机；电机驱动器的输入端与所有总线分别连接，电机驱动器的输出端与电机相连；冗余裁决计算机采集所有飞控计算机多路PWM信号的数值并对所有的PWM数据进行比对裁决得到最优飞控计算单元，将最优飞控计算单元飞控计算机的PWM信号数值打包后通过总线发送给电机驱动器，电机驱动器对接收到的多个PWM数据包进行解析比对，选出最优PWM信号，利用该PWM信号控制电机运行，从而控制无人机飞行。
进一步地，所述的IMU包括加速度计和陀螺仪。
具体地，所述的冗余裁决计算机采集所有飞控计算机多路PWM信号的数值，具体为：飞控计算机通过多路I/O接口将多路PWM信号发送给冗余裁决计算机，冗余裁决计算机通过捕获的方式进行采集每路PWM信号的数值，当PWM信号上升沿到来时，冗余裁决计算机定时器开始计时，当该PWM信号下降沿到来时停止计时，从所述定时器计时开始到停止计时的时长为PWM信号高电平的时间，也就是PWM信号的数值大小。
具体地，所述飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号具体包括以下步骤：
(1)远程地面站将位置指令、高度指令以及航向指令通过数传发送到飞控计算机，所述的位置指令包括X方向位置指令和Y方向位置指令；
(2)飞控计算机将高度指令与无人机当前高度通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Z方向速度；再将期望的无人机Z方向速度与无人机当前Z方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机高度控制量；
(3)飞控计算机根据角速度、加速度以及磁罗盘的磁力值，通过互补滤波算法得到无人机的滚转角、俯仰角和航向角；
(4)飞控计算机将航向指令与步骤(3)得到的航向角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机航向角速度；再将期望的无人机航向角速度与无人机当前的航向角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机航向通道控制量；
(5)飞控计算机将X方向位置指令与无人机当前X方向位置通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机X方向速度；然后将期望的无人机X方向速度与无人机当前X方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机俯仰姿态；将期望的无人机俯仰姿态与步骤(3)得到的俯仰角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机俯仰角速度，再将期望的无人机俯仰角速度与无人机当前的俯仰角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机俯仰通道控制量；
(6)飞控计算机将地面站Y方向位置指令与无人机当前Y方向位置通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Y方向速度；然后将期望的无人机Y方向速度与无人机当前Y方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机横滚姿态；将期望的无人机横滚姿态与步骤(3)得到的横滚角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机横滚角速度，再将期望的无人机横滚角速度与无人机当前横滚角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机横滚通道控制量；
(7)飞控计算机将无人机高度控制量、航向控制量、俯仰控制量以及横滚控制量进行控制分配，得出每个电机需要的控制量，从而得到每个电机需要输出的PWM信号数值。
具体地，所述通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Z方向速度，所述比例-积分-微分控制计算公式为：
Figure BDA0003977605040000031
其中，m(t)为比例-积分-微分控制计算的结果，e(t)为期望值与实际值的差，dt为每两次控制计算时间差，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；再将期望的无人机Z方向速度与无人机当前Z方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机高度控制量Dh。
具体地，所述冗余裁决计算机对所有的PWM数据进行比对裁决得到最优飞控计算单元具体为：
首先，确定每个飞控计算机的优先级，从飞控计算机1到飞控计算机N优先级依次降低；
其次，冗余裁决计算机将每个飞控计算机对应通道的PWM信号数值进行比对，冗余裁决计算机若发现对应通道的PWM信号数值一致，则确定该组PWM信号数值正常；若其中一个PWM信号数值与其他PWM信号数值不一致，则确定该飞控计算机PWM信号输出存在问题，则静默该飞控计算机等待检修；
最后，若出现多个飞控计算机PWM信号均输出正常的情况，则优先级最高的飞控计算机所对应的飞控计算单元为最优飞控计算单元。
具体地，所述电机驱动器对接收到的多个PWM数据包进行解析比对，选出最优PWM信号具体为：
首先，确定冗余裁决计算机的优先级，从冗余裁决计算机1到冗余裁决计算机N优先级依次降低；
其次，电机驱动器将解析后对应通道的PWM信号数值进行比对，电机驱动器若发现对应通道的PWM信号数值都一致，则确定该冗余裁决计算机发送过来的PWM信号数值正常；若其中一个PWM信号数值与其他PWM信号数值不一致，则确定该冗余裁决计算机发送过来的PWM信号存在问题，则静默该PWM数据包；
最后，若出现多个冗余裁决计算机发送过来的PWM信号均正常的情况，则优先使用优先级最高的冗余裁决计算机发送过来的PWM数据包。
进一步地，每个飞控计算机采集自身所有传感器数据，将相同类型的传感器数据进行比对选出健康的传感器，进行飞行控制使用；所述的比对选出健康的传感器具体过程为：飞控计算机若发现相同类型传感器数据比对结果一致，则确定每个传感器处于健康状态；若其中一个传感器与其他传感器数据不一致，则确定该传感器非健康状态。
一种多旋翼无人机，包括机身及所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其中，所述多旋翼无人机飞控系统搭载于所示机身。
本发明的有益效果如下：
本发明实现了飞控计算机冗余。当其中一个飞控计算机有故障时，冗余裁决计算机通过监测整个系统中所有飞控计算机输出的PWM信号信息，选择剩下飞控计算机中最优的进行切换使用，使得本发明具有更强的容灾容错性能，也提高了无人机飞行的安全与可靠性。
本发明中，对冗余裁决计算机进行了冗余设计，当其中一个冗余裁决计算机出现故障时，电机驱动器选择其他正常的冗余裁决计算机发送过来的PWM数据包进行使用，从而不影响整个系统的正常工作，避免了单点失效的问题。
本发明对总线进行了冗余，当系统其中一组总线出现故障后，其他总线会保证整个系统正常运行。
本发明还实现了IMU，磁罗盘，气压计以及GPS多传感器的冗余。当其中一个传感器有问题时，飞控计算机会选择同类别其他健康的传感器进行使用。因此提高了整个系统的稳定与鲁棒性。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示实施例，本发明为一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，所述的基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统包括多个冗余裁决计算机、多个飞控计算单元和多组总线；所述的冗余裁决计算机的输入端与所有飞控计算机的输出端连接；所述的冗余裁决计算机的输出端与对应顺序的总线连接；所有飞控计算单元结构相同，均包括飞控计算机以及N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台，其中所述N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台都与所述飞控计算机相连，N为自然数且N≥3；数传电台接收远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令，IMU获取多旋翼无人机的加速度和角速度信息，磁罗盘获取多旋翼无人机的磁场信息，气压计获取多旋翼无人机的高度信息，GPS模块获取多旋翼无人机的位置和速度信息，所述加速度和角速度信息、磁场信息、高度信息、位置和速度信息组成传感器数据；飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号，然后通过多路I/O接口发送给冗余裁决计算机；电机驱动器的输入端与所有总线分别连接，电机驱动器的输出端与电机相连；冗余裁决计算机采集所有飞控计算机多路PWM信号的数值并对所有的PWM数据进行比对裁决得到最优飞控计算单元，将最优飞控计算单元飞控计算机的PWM信号数值打包后通过总线发送给电机驱动器，电机驱动器对接收到的多个PWM数据包进行解析比对，选出最优PWM信号，利用该PWM信号控制电机运行，从而控制无人机飞行。
所述的IMU包括加速度计和陀螺仪。
所述飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号具体包括以下步骤：
(1)远程地面站将位置指令、高度指令以及航向指令通过数传发送到飞控计算机，所述的位置指令包括X方向位置指令和Y方向位置指令；
(2)飞控计算机将高度指令与无人机当前高度通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Z方向速度。所述的比例-积分-微分控制计算公式为：
Figure BDA0003977605040000051
其中，m(t)为比例-积分-微分控制计算的结果，e(t)为期望值与实际值的差，dt为每两次控制计算时间差，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；再将期望的无人机Z方向速度与无人机当前Z方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机高度控制量Dh；
(3)飞控计算机根据角速度、加速度以及磁罗盘的磁力值，通过互补滤波算法得到无人机滚转角、俯仰角和航向角，具体包括以下子步骤：
(3.1)初始化四元数，将已知飞行器初始姿态角度带入下面公式中，求出初始时刻的四元数。其中q0为四元数q的实部，q1i+q2j+q3k为四元数q的虚部，
Figure BDA0003977605040000052
为滚转角，θ为俯仰角，
Figure BDA0003977605040000053
为航向角；
q＝q0+q1i+q2j+q3k
Figure BDA0003977605040000054
Figure BDA0003977605040000055
Figure BDA0003977605040000056
Figure BDA0003977605040000057
(3.2)获取角速度、加速度以及磁罗盘的磁力值，其中，加速度的测量值为ax，ay，az，陀螺仪测量值为ωx，ωy，ωz，磁力计测量值为mx，my，mz。
(3.3)根据四元数得到机体系重力向量和磁场向量，利用以下公式：
Figure BDA0003977605040000061
其中，vx，vy，vz为机体坐标系重力向量。
Figure BDA0003977605040000062
bx＝sqrt(hx 2+hy 2)
bz＝hz
Figure BDA0003977605040000063
其中，hx，hy，hz为地理坐标系磁力值bx，0，bz为地理坐标系磁场向量。wx，wy，wz为机体坐标系磁场向量。
(3.4)计算误差：
ex＝(ay*vz-az*vy)+(my*wz-mz*wy)
ey＝(az*vx-ax*vz)+(mz*wx-mx*wz)
ez＝(ax*vy-ay*vx)+(mx*wy-my*wx)
其中，ex，ey，ez为补偿误差。
(3.5)利用误差修正陀螺仪数据：
ωx＝ωx+Kpex+Ki∫ex
ωy＝ωy+Kpey+Ki∫ey
ωz＝ωz+Kpez+Ki∫ez|，
其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数。
(3.6)利用修正的陀螺仪数值更新四元数：
Figure BDA0003977605040000071
Figure BDA0003977605040000072
Figure BDA0003977605040000073
Figure BDA0003977605040000074
其中，t为当前时刻，T为时间周期。
(3.7)将更新后的四元数进行归一化：
Figure BDA0003977605040000075
(3.8)将更新后的四元数转化成欧拉角，其中，
Figure BDA0003977605040000076
为滚转角，θ为俯仰角，/>
Figure BDA0003977605040000077
为航向角：
Figure BDA0003977605040000078
θ＝-sin-12(q1 q3-q0 q2)
Figure BDA0003977605040000079
(4)飞控计算机将航向指令与步骤(3)得到的航向角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机航向角速度；再将期望的无人机航向角速度与无人机当前的航向角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机航向通道控制量Dr；
(5)飞控计算机将X方向位置指令与无人机当前X方向位置通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机X方向速度；然后将期望的无人机X方向速度与无人机当前X方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机俯仰姿态；将期望的无人机俯仰姿态与步骤(3)得到的俯仰角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机俯仰角速度，再将期望的无人机俯仰角速度与无人机当前的俯仰角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机俯仰通道控制量De；
(6)飞控计算机将地面站Y方向位置指令与无人机当前Y方向位置通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Y方向速度；然后将期望的无人机Y方向速度与无人机当前Y方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机横滚姿态；将期望的无人机横滚姿态与步骤(3)得到的横滚角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机横滚角速度，再将期望的无人机横滚角速度与无人机当前横滚角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机横滚通道控制量Da；
(7)飞控计算机将无人机高度控制量Dh、航向控制量Dr、俯仰控制量De以及横滚控制量Da进行控制分配，得出每个电机需要的控制量control，根据公式：
PWM＝1000*control+1000，其中，PWM为飞控计算机计算出的每个电机需要输出的PWM信号数值。
冗余裁决计算机采集所有飞控计算机多路PWM信号的数值，具体方法为：飞控计算机通过多路I/O接口将多路PWM信号发送给冗余裁决计算机，冗余裁决计算机通过捕获的方式进行采集每路PWM信号的数值，当PWM信号上升沿到来时，冗余裁决计算机定时器开始计时，当该PWM信号下降沿到来时停止计时，从所述定时器计时开始到停止计时的时长为PWM信号高电平的时间，也就是PWM信号的数值大小。
本发明中，每个飞控计算机也会采集所有传感器数据，将相同类型的传感器数据进行比对选出健康的传感器进行飞行控制使用。所述的比对选出健康的传感器具体过程：飞控计算机若发现相同类型传感器数据比对结果一致，则确定每个传感器处于健康状态；若其中一个传感器与其他传感器数据不一致，则确定该传感器非健康状态。
基于上述，本发明实现了飞控计算机冗余。当其中一个飞控计算机有故障时，冗余裁决计算机通过监测整个系统中所有飞控计算机输出的PWM信号信息，选择剩下飞控计算机中最优的进行切换使用，使得本发明具有更强的容灾容错性能，也提高了无人机飞行的安全与可靠性。本发明还实现了IMU，磁罗盘，气压计以及GPS多传感器的冗余。当其中一个传感器有问题时，飞控计算机会选择同类别其他健康的传感器进行使用。因此提高了整个系统的稳定与鲁棒性。除此之外，本发明中，对冗余裁决计算机进行了冗余设计，当其中一个冗余裁决计算机出现故障时，电机驱动器选择其他正常的冗余裁决计算机发送过来的PWM数据包进行使用，从而不影响整个系统的正常工作，避免了单点失效的问题。本发明对总线进行了冗余，当系统其中一组总线出现故障后，其他总线会保证整个系统正常运行。
此外，本发明还提供一种多旋翼无人机，包括机身及所述的适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统，其中，所述多余度飞控系统搭载于所述机身。
以上所述仅为发明的优选实例而已，然而并不用于限制发明。对于任何熟悉本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的范围内，可以对上述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡是未脱离本发明技术内容，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，所述的基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统包括多个冗余裁决计算机、多个飞控计算单元和多组总线；所述的冗余裁决计算机的输入端与所有飞控计算机的输出端连接；所述的冗余裁决计算机的输出端与对应顺序的总线连接；所有飞控计算单元结构相同，均包括飞控计算机以及N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台，其中所述N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台都与所述飞控计算机相连，N为自然数且N≥3；数传电台接收远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令，IMU获取多旋翼无人机的加速度和角速度信息，磁罗盘获取多旋翼无人机的磁场信息，气压计获取多旋翼无人机的高度信息，GPS模块获取多旋翼无人机的位置和速度信息，所述加速度和角速度信息、磁场信息、高度信息、位置和速度信息组成传感器数据；飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号，然后通过多路I/O接口发送给冗余裁决计算机；电机驱动器的输入端与所有总线分别连接，电机驱动器的输出端与电机相连；冗余裁决计算机采集所有飞控计算机多路PWM信号的数值并对所有的PWM数据进行比对裁决得到最优飞控计算单元，将最优飞控计算单元飞控计算机的PWM信号数值打包后通过总线发送给电机驱动器，电机驱动器对接收到的多个PWM数据包进行解析比对，选出最优PWM信号，利用该PWM信号控制电机运行，从而控制无人机飞行。
2.根据权利要求1所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，所述的IMU包括加速度计和陀螺仪。
3.根据权利要求1所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，所述的冗余裁决计算机采集所有飞控计算机多路PWM信号的数值，具体为：飞控计算机通过多路I/O接口将多路PWM信号发送给冗余裁决计算机，冗余裁决计算机通过捕获的方式进行采集每路PWM信号的数值，当PWM信号上升沿到来时，冗余裁决计算机定时器开始计时，当该PWM信号下降沿到来时停止计时，从所述定时器计时开始到停止计时的时长为PWM信号高电平的时间，也就是PWM信号的数值大小。
4.根据权利要求1所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，所述飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号具体包括以下步骤：
(1)远程地面站将位置指令、高度指令以及航向指令通过数传发送到飞控计算机，所述的位置指令包括X方向位置指令和Y方向位置指令；
(2)飞控计算机将高度指令与无人机当前高度通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Z方向速度；再将期望的无人机Z方向速度与无人机当前Z方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机高度控制量；
(3)飞控计算机根据角速度、加速度以及磁罗盘的磁力值，通过互补滤波算法得到无人机的滚转角、俯仰角和航向角；
(4)飞控计算机将航向指令与步骤(3)得到的航向角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机航向角速度；再将期望的无人机航向角速度与无人机当前的航向角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机航向通道控制量；
(5)飞控计算机将X方向位置指令与无人机当前X方向位置通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机X方向速度；然后将期望的无人机X方向速度与无人机当前X方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机俯仰姿态；将期望的无人机俯仰姿态与步骤(3)得到的俯仰角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机俯仰角速度，再将期望的无人机俯仰角速度与无人机当前的俯仰角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机俯仰通道控制量；
(6)飞控计算机将地面站Y方向位置指令与无人机当前Y方向位置通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Y方向速度；然后将期望的无人机Y方向速度与无人机当前Y方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机横滚姿态；将期望的无人机横滚姿态与步骤(3)得到的横滚角通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机横滚角速度，再将期望的无人机横滚角速度与无人机当前横滚角速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机横滚通道控制量；
(7)飞控计算机将无人机高度控制量、航向控制量、俯仰控制量以及横滚控制量进行控制分配，得出每个电机需要的控制量，从而得到每个电机需要输出的PWM信号数值。
5.根据权利要求4所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，所述通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Z方向速度，所述比例-积分-微分控制计算公式为：
Figure FDA0003977605030000021
其中，m(t)为比例-积分-微分控制计算的结果，e(t)为期望值与实际值的差，dt为每两次控制计算时间差，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；再将期望的无人机Z方向速度与无人机当前Z方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机高度控制量Dh。
6.根据权利要求1所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，所述冗余裁决计算机对所有的PWM数据进行比对裁决得到最优飞控计算单元具体为：
首先，确定每个飞控计算机的优先级，从飞控计算机1到飞控计算机N优先级依次降低；
其次，冗余裁决计算机将每个飞控计算机对应通道的PWM信号数值进行比对，冗余裁决计算机若发现对应通道的PWM信号数值一致，则确定该组PWM信号数值正常；若其中一个PWM信号数值与其他PWM信号数值不一致，则确定该飞控计算机PWM信号输出存在问题，则静默该飞控计算机等待检修；
最后，若出现多个飞控计算机PWM信号均输出正常的情况，则优先级最高的飞控计算机所对应的飞控计算单元为最优飞控计算单元。
7.根据权利要求1所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，所述电机驱动器对接收到的多个PWM数据包进行解析比对，选出最优PWM信号具体为：
首先，确定冗余裁决计算机的优先级，从冗余裁决计算机1到冗余裁决计算机N优先级依次降低；
其次，电机驱动器将解析后对应通道的PWM信号数值进行比对，电机驱动器若发现对应通道的PWM信号数值都一致，则确定该冗余裁决计算机发送过来的PWM信号数值正常；若其中一个PWM信号数值与其他PWM信号数值不一致，则确定该冗余裁决计算机发送过来的PWM信号存在问题，则静默该PWM数据包；
最后，若出现多个冗余裁决计算机发送过来的PWM信号均正常的情况，则优先使用优先级最高的冗余裁决计算机发送过来的PWM数据包。
8.根据权利要求1所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其特征在于，每个飞控计算机采集自身所有传感器数据，将相同类型的传感器数据进行比对选出健康的传感器，进行飞行控制使用；所述的比对选出健康的传感器具体过程为：飞控计算机若发现相同类型传感器数据比对结果一致，则确定每个传感器处于健康状态；若其中一个传感器与其他传感器数据不一致，则确定该传感器非健康状态。
9.一种多旋翼无人机，其特征在于，包括机身及权利要求1至8任一项所述的一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统，其中，所述多旋翼无人机飞控系统搭载于所示机身。
CN202211540935.XA 2022-12-02 2022-12-02 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机 Pending CN115857399A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211540935.XA CN115857399A (zh) 2022-12-02 2022-12-02 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211540935.XA CN115857399A (zh) 2022-12-02 2022-12-02 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115857399A true CN115857399A (zh) 2023-03-28

Family

ID=85669506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211540935.XA Pending CN115857399A (zh) 2022-12-02 2022-12-02 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115857399A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116774570A (zh) * 2023-08-23 2023-09-19 成都飞航智云科技有限公司 一种多余度数据分析方法、分析系统

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090143924A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Honeywell International, Inc. Systems and methods for arbitrating sensor and actuator signals in a multi-channel control system
CN104199440A (zh) * 2014-08-20 2014-12-10 中国运载火箭技术研究院 一种四机三总线冗余异构gnc系统
CN108107910A (zh) * 2017-12-28 2018-06-01 中航联创科技有限公司 一种基于分布式多余度总线的无人机飞控系统及飞控方法
CN108196547A (zh) * 2018-01-08 2018-06-22 北京图森未来科技有限公司 一种自动驾驶系统
CN111443593A (zh) * 2020-04-08 2020-07-24 中国人民解放军国防科技大学 一种网络化多余度的飞行器控制系统
CN112498664A (zh) * 2020-11-18 2021-03-16 中国商用飞机有限责任公司 飞行控制系统以及飞行控制方法
CN112731793A (zh) * 2020-12-03 2021-04-30 上海航天控制技术研究所 一种空间机构控制器的冗余系统
CN113110563A (zh) * 2021-05-28 2021-07-13 之江实验室 无人机的多余度仲裁切换方法、系统及计算机设备
CN114610074A (zh) * 2022-05-10 2022-06-10 之江实验室 适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机
CN114610075A (zh) * 2022-05-10 2022-06-10 之江实验室 一种倾转多旋翼飞行器飞控系统及多旋翼无人机
CN115390432A (zh) * 2022-10-27 2022-11-25 之江实验室 一种多余度无人机飞控系统及飞控方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090143924A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Honeywell International, Inc. Systems and methods for arbitrating sensor and actuator signals in a multi-channel control system
CN104199440A (zh) * 2014-08-20 2014-12-10 中国运载火箭技术研究院 一种四机三总线冗余异构gnc系统
CN108107910A (zh) * 2017-12-28 2018-06-01 中航联创科技有限公司 一种基于分布式多余度总线的无人机飞控系统及飞控方法
CN108196547A (zh) * 2018-01-08 2018-06-22 北京图森未来科技有限公司 一种自动驾驶系统
CN111443593A (zh) * 2020-04-08 2020-07-24 中国人民解放军国防科技大学 一种网络化多余度的飞行器控制系统
CN112498664A (zh) * 2020-11-18 2021-03-16 中国商用飞机有限责任公司 飞行控制系统以及飞行控制方法
CN112731793A (zh) * 2020-12-03 2021-04-30 上海航天控制技术研究所 一种空间机构控制器的冗余系统
CN113110563A (zh) * 2021-05-28 2021-07-13 之江实验室 无人机的多余度仲裁切换方法、系统及计算机设备
CN114610074A (zh) * 2022-05-10 2022-06-10 之江实验室 适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机
CN114610075A (zh) * 2022-05-10 2022-06-10 之江实验室 一种倾转多旋翼飞行器飞控系统及多旋翼无人机
CN115390432A (zh) * 2022-10-27 2022-11-25 之江实验室 一种多余度无人机飞控系统及飞控方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116774570A (zh) * 2023-08-23 2023-09-19 成都飞航智云科技有限公司 一种多余度数据分析方法、分析系统
CN116774570B (zh) * 2023-08-23 2023-11-07 成都飞航智云科技有限公司 一种多余度数据分析方法、分析系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114610074B (zh) 适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机
CN105867414B (zh) 一种多传感器冗余备份的无人机飞行控制系统
CN108107910B (zh) 一种基于分布式多余度总线的无人机飞控系统及飞控方法
JP6506302B2 (ja) モバイルプラットフォームを操作するための方法及び装置
CN115390432B (zh) 一种多余度无人机飞控系统及飞控方法
CN112596535A (zh) 无人机多传感器三余度飞行控制系统、方法及存储介质
CN104503466B (zh) 一种微小型无人机导航装置
CN110888451B (zh) 一种多旋翼无人机容错控制方法及系统
WO2015161784A1 (zh) 一种双余度飞行控制系统
CN104115081A (zh) 利用恒定倾斜角转弯的风计算系统
CN104246641A (zh) Uav的安全紧急降落
CN112650281B (zh) 多传感器三余度系统、控制方法、无人机、介质及终端
CN108965124A (zh) 一种无人机控制系统
CN115857399A (zh) 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机
CN112046783A (zh) 一种三imu冗余技术的飞控方法和系统
CN111679680A (zh) 一种无人机自主着舰方法及系统
CN114610075A (zh) 一种倾转多旋翼飞行器飞控系统及多旋翼无人机
CN110187695A (zh) 一种无人机协同控制验证平台
CN111007555A (zh) 一种通用飞机机载组合导航系统与导航方法
RU161470U1 (ru) Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом
CN106647785B (zh) 无人机停机坪控制方法及装置
CN117405109B (zh) 基于四元数球面线性加权的三套惯导系统姿态表决方法
CN116453378B (zh) 无人机航段交接切换方法及装置
Qi et al. The new evolution for SIA rotorcraft UAV project
US20200262555A1 (en) Method for detecting mounting error of accelerometer, device, and unmanned aerial vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination