CN116700318A - 基于fpga协同的飞行姿态测控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于FPGA协同的飞行姿态测控系统及方法，属于电数字数据处理技术领域，针对“旋转电机‑齿轮‑旋转梁之间的传动机构可能会存在轻微磨损，导致姿态调节存在误差”的情况，通过旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、FPGA控制器之间的配合方案，可对各个传动机构进行实时监测和控制。
Description
技术领域
本发明属于电数字数据处理技术领域，具体涉及基于FPGA协同的飞行姿态测控系统及方法。
背景技术
现阶段的飞行器姿态调节方案大概为，固定梁通过安装孔与飞行器的机架固定，在需要调节飞行器的飞行姿态时，旋转电机转动驱动与其输出轴端相连的齿轮转动，齿轮转动驱动与其相啮合的旋转梁以中心轴为圆心进行水平方向的转动，旋转梁转动过程中，与滚轮相对滚动，便于旋转梁的顺利旋转，滚轮亦对旋转梁进行支撑；与此同时，角度调节电机驱动角度条调节板做相应的摆动，角度调节板在飞行器上的旋翼产生的气流的作用下可使飞行器做相应的姿态调整，飞行器的姿态调整更加灵活。
但是，目前对于这类飞行器姿态调节方案的实际运行情况的检测维护，还是采用传统的人工检测维护，没有针对飞行器姿态调节方案的自动协同测控方案，导致相应的检测维护过程存在周期化，如果在检测维护周期的空窗期内时，则飞行器姿态调节运行存在的细微异常情况（如：旋转电机-齿轮-旋转梁之间的传动机构存在轻微磨损，导致姿态调节存在误差等）无法被相关人员察觉。
因此，现阶段需设计基于FPGA协同的飞行姿态测控系统及方法，来解决以上问题。
发明内容
本发明目的在于提供基于FPGA协同的飞行姿态测控系统及方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，如果在检测维护周期的空窗期内时，则飞行器姿态调节运行存在的细微异常情况（如：旋转电机-齿轮-旋转梁之间的传动机构存在轻微磨损，导致姿态调节存在误差等）无法被相关人员察觉。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
基于FPGA协同的飞行姿态测控系统，包括旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、FPGA控制器、数据存储装置；所述FPGA控制器分别与所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、数据存储装置连接；
所述旋转电机功率检测装置用于检测旋转电机的实时输入功率；
所述飞行速度检测装置用于检测飞行器当前的实时飞行速度；
所述数据存储装置用于存储与所述实时输入功率对应的输出轴的标准转速、齿轮的标准转速、旋转梁的标准转速，分别记为第一标准转速、第二标准转速、第三标准转速；还用于存储与旋转电机的各个实时输入功率一一对应的飞行器的标准飞行速度；
所述输出轴转速检测装置用于检测旋转电机的输出轴的实时转速，记为第一实时转速，并根据所述第一标准转速判断所述第一实时转速是否异常；
所述齿轮转速检测装置用于检测齿轮的实时转速，记为第二实时转速，并根据所述第二标准转速判断所述第二实时转速是否异常；
所述旋转梁转速检测装置用于检测旋转梁的实时转速，记为第三实时转速，并根据所述第三标准转速判断所述第三实时转速是否异常；
所述FPGA控制器用于控制所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置的开启和关闭。
进一步的，所述FPGA控制器控制所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置处于常开状态，控制所述输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置处于常闭状态；
当所述实时飞行速度与所述实时输入功率对应的标准飞行速度不匹配时，所述FPGA控制器控制所述输出轴转速检测装置开启；
当所述输出轴转速检测装置判断所述第一实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述齿轮转速检测装置开启；
当所述齿轮转速检测装置判断所述第二实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述旋转梁转速检测装置开启；
当所述旋转梁转速检测装置判断所述第三实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器向管理人员反馈人为干预的需求。
进一步的，还包括角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置、转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置；
所述FPGA控制器分别与所述角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置、转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置连接；
所述角度电机功率检测装置用于检测角度调节电机的输入功率，记为实时角度功率；
所述飞行转向检测装置用于检测飞行器当前的实时转向角度；
所述数据存储装置还用于存储与所述实时角度功率对应的转轴的标准转动幅度、安装板的标准转动幅度、销轴的标准转动幅度、角度调节板的标准转动幅度，分别记为第一标准转动幅度、第二标准转动幅度、第三标准转动幅度、第四标准转动幅度；还用于存储与角度调节电机的各个输入功率一一对应的飞行器的标准转向角度；
所述转轴转动幅度检测装置用于检测角度调节电机的转轴的实时转动幅度，记为第一实时转动幅度，并根据所述第一标准转动幅度判断所述第一实时转动幅度是否异常；
所述安装板转动幅度检测装置用于检测安装板的实时转动幅度，记为第二实时转动幅度，并根据所述第二标准转动幅度判断所述第二实时转动幅度是否异常；
所述销轴转动幅度检测装置用于检测销轴的实时转动幅度，记为第三实时转动幅度，并根据所述第三标准转动幅度判断所述第三实时转动幅度是否异常；
所述调节板转动幅度检测装置用于检测角度调节板的实时转动幅度，记为第四实时转动幅度，并根据所述第四标准转动幅度判断所述第四实时转动幅度是否异常。
进一步的，所述FPGA控制器控制所述角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置处于常开状态，控制所述转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置处于常闭状态；
当所述实时转向角度与所述实时角度功率对应的标准角度功率不匹配时，所述FPGA控制器控制所述转轴转动幅度检测装置开启；
当所述转轴转动幅度检测装置判断所述第一实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述安装板转动幅度检测装置开启；
当所述安装板转动幅度检测装置判断所述第二实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述销轴转动幅度检测装置开启；
当所述销轴转动幅度检测装置判断所述第三实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述调节板转动幅度检测装置开启；
当所述调节板转动幅度检测装置判断所述第四实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器向管理人员反馈人为干预的需求。
进一步的，还包括无线通信装置和智能移动终端，所述FPGA控制器通过所述无线通信装置与所述智能移动终端网络连接。
基于FPGA协同的飞行姿态测控方法，采用如上述的基于FPGA协同的飞行姿态测控系统进行飞行姿态测控。
一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如上述的基于FPGA协同的飞行姿态测控方法。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本方案其中一个有益效果在于，针对“旋转电机-齿轮-旋转梁之间的传动机构可能会存在轻微磨损，导致姿态调节存在误差”的情况，通过旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、FPGA控制器之间的配合方案，可对各个传动机构进行实时监测和控制。
附图说明
图1为本方案实施方式的装置结构示意图。
图2为本方案实施方式的装置工作原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
如图1所示，提出基于FPGA协同的飞行姿态测控系统，包括旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、FPGA控制器、数据存储装置；所述FPGA控制器分别与所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、数据存储装置连接；
所述旋转电机功率检测装置用于检测旋转电机的实时输入功率；
所述飞行速度检测装置用于检测飞行器当前的实时飞行速度；
所述数据存储装置用于存储与所述实时输入功率对应的输出轴的标准转速、齿轮的标准转速、旋转梁的标准转速，分别记为第一标准转速、第二标准转速、第三标准转速；还用于存储与旋转电机的各个实时输入功率一一对应的飞行器的标准飞行速度；
所述输出轴转速检测装置用于检测旋转电机的输出轴的实时转速，记为第一实时转速，并根据所述第一标准转速判断所述第一实时转速是否异常；
所述齿轮转速检测装置用于检测齿轮的实时转速，记为第二实时转速，并根据所述第二标准转速判断所述第二实时转速是否异常；
所述旋转梁转速检测装置用于检测旋转梁的实时转速，记为第三实时转速，并根据所述第三标准转速判断所述第三实时转速是否异常；
所述FPGA控制器用于控制所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置的开启和关闭。
上述方案中，针对“旋转电机-齿轮-旋转梁之间的传动机构可能会存在轻微磨损，导致姿态调节存在误差”的情况，通过旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、FPGA控制器之间的配合方案，可对各个传动机构进行实时监测和控制；对各个可能存在异常的环节进行针对性核查，可快速进行飞行器调速过程中的故障进行定位。
进一步的，如图2所示，所述FPGA控制器控制所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置处于常开状态，控制所述输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置处于常闭状态；
当所述实时飞行速度与所述实时输入功率对应的标准飞行速度不匹配时，所述FPGA控制器控制所述输出轴转速检测装置开启；
当所述输出轴转速检测装置判断所述第一实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述齿轮转速检测装置开启；
当所述齿轮转速检测装置判断所述第二实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述旋转梁转速检测装置开启；
当所述旋转梁转速检测装置判断所述第三实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器向管理人员反馈人为干预的需求。
上述方案中，通过各个检测装置之间的有序配合启动，可避免大部分检测装置长时间处于无效动作状态，降低系统的整体能耗；并且，多个检测装置同时启动也无法进行快速的故障精准定位，反而将各个检测装置设计为顺序启动可实现飞行器调速方面的故障精准定位。
进一步的，还包括角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置、转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置；
所述FPGA控制器分别与所述角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置、转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置连接；
所述角度电机功率检测装置用于检测角度调节电机的输入功率，记为实时角度功率；
所述飞行转向检测装置用于检测飞行器当前的实时转向角度；
所述数据存储装置还用于存储与所述实时角度功率对应的转轴的标准转动幅度、安装板的标准转动幅度、销轴的标准转动幅度、角度调节板的标准转动幅度，分别记为第一标准转动幅度、第二标准转动幅度、第三标准转动幅度、第四标准转动幅度；还用于存储与角度调节电机的各个输入功率一一对应的飞行器的标准转向角度；
所述转轴转动幅度检测装置用于检测角度调节电机的转轴的实时转动幅度，记为第一实时转动幅度，并根据所述第一标准转动幅度判断所述第一实时转动幅度是否异常；
所述安装板转动幅度检测装置用于检测安装板的实时转动幅度，记为第二实时转动幅度，并根据所述第二标准转动幅度判断所述第二实时转动幅度是否异常；
所述销轴转动幅度检测装置用于检测销轴的实时转动幅度，记为第三实时转动幅度，并根据所述第三标准转动幅度判断所述第三实时转动幅度是否异常；
所述调节板转动幅度检测装置用于检测角度调节板的实时转动幅度，记为第四实时转动幅度，并根据所述第四标准转动幅度判断所述第四实时转动幅度是否异常。
上述方案中，通过角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置、转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置之间的配合方案，可对各个可能存在异常的环节进行针对性核查，可快速进行飞行器转向过程中的故障进行定位。
进一步的，所述FPGA控制器控制所述角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置处于常开状态，控制所述转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置处于常闭状态；
当所述实时转向角度与所述实时角度功率对应的标准角度功率不匹配时，所述FPGA控制器控制所述转轴转动幅度检测装置开启；
当所述转轴转动幅度检测装置判断所述第一实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述安装板转动幅度检测装置开启；
当所述安装板转动幅度检测装置判断所述第二实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述销轴转动幅度检测装置开启；
当所述销轴转动幅度检测装置判断所述第三实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述调节板转动幅度检测装置开启；
当所述调节板转动幅度检测装置判断所述第四实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器向管理人员反馈人为干预的需求。
上述方案中，通过各个检测装置之间的有序配合启动，可避免大部分检测装置长时间处于无效动作状态，降低系统的整体能耗；并且，多个检测装置同时启动也无法进行快速的故障精准定位，反而将各个检测装置设计为顺序启动可实现飞行器转向方面的故障精准定位。
进一步的，还包括无线通信装置和智能移动终端，所述FPGA控制器通过所述无线通信装置与所述智能移动终端网络连接，从而实现远程数据传输等。
基于FPGA协同的飞行姿态测控方法，采用如上述的基于FPGA协同的飞行姿态测控系统进行飞行姿态测控。
一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如上述的基于FPGA协同的飞行姿态测控方法。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于FPGA协同的飞行姿态测控系统，其特征在于，包括旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、FPGA控制器、数据存储装置；所述FPGA控制器分别与所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置、数据存储装置连接；
所述旋转电机功率检测装置用于检测旋转电机的实时输入功率；
所述飞行速度检测装置用于检测飞行器当前的实时飞行速度；
所述数据存储装置用于存储与所述实时输入功率对应的输出轴的标准转速、齿轮的标准转速、旋转梁的标准转速，分别记为第一标准转速、第二标准转速、第三标准转速；还用于存储与旋转电机的各个实时输入功率一一对应的飞行器的标准飞行速度；
所述输出轴转速检测装置用于检测旋转电机的输出轴的实时转速，记为第一实时转速，并根据所述第一标准转速判断所述第一实时转速是否异常；
所述齿轮转速检测装置用于检测齿轮的实时转速，记为第二实时转速，并根据所述第二标准转速判断所述第二实时转速是否异常；
所述旋转梁转速检测装置用于检测旋转梁的实时转速，记为第三实时转速，并根据所述第三标准转速判断所述第三实时转速是否异常；
所述FPGA控制器用于控制所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置、输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA协同的飞行姿态测控系统，其特征在于，所述FPGA控制器控制所述旋转电机功率检测装置、飞行速度检测装置处于常开状态，控制所述输出轴转速检测装置、齿轮转速检测装置、旋转梁转速检测装置处于常闭状态；
当所述实时飞行速度与所述实时输入功率对应的标准飞行速度不匹配时，所述FPGA控制器控制所述输出轴转速检测装置开启；
当所述输出轴转速检测装置判断所述第一实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述齿轮转速检测装置开启；
当所述齿轮转速检测装置判断所述第二实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述旋转梁转速检测装置开启；
当所述旋转梁转速检测装置判断所述第三实时转速未出现异常时，所述FPGA控制器向管理人员反馈人为干预的需求。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA协同的飞行姿态测控系统，其特征在于，还包括角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置、转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置；
所述FPGA控制器分别与所述角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置、转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置连接；
所述角度电机功率检测装置用于检测角度调节电机的输入功率，记为实时角度功率；
所述飞行转向检测装置用于检测飞行器当前的实时转向角度；
所述数据存储装置还用于存储与所述实时角度功率对应的转轴的标准转动幅度、安装板的标准转动幅度、销轴的标准转动幅度、角度调节板的标准转动幅度，分别记为第一标准转动幅度、第二标准转动幅度、第三标准转动幅度、第四标准转动幅度；还用于存储与角度调节电机的各个输入功率一一对应的飞行器的标准转向角度；
所述转轴转动幅度检测装置用于检测角度调节电机的转轴的实时转动幅度，记为第一实时转动幅度，并根据所述第一标准转动幅度判断所述第一实时转动幅度是否异常；
所述安装板转动幅度检测装置用于检测安装板的实时转动幅度，记为第二实时转动幅度，并根据所述第二标准转动幅度判断所述第二实时转动幅度是否异常；
所述销轴转动幅度检测装置用于检测销轴的实时转动幅度，记为第三实时转动幅度，并根据所述第三标准转动幅度判断所述第三实时转动幅度是否异常；
所述调节板转动幅度检测装置用于检测角度调节板的实时转动幅度，记为第四实时转动幅度，并根据所述第四标准转动幅度判断所述第四实时转动幅度是否异常。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA协同的飞行姿态测控系统，其特征在于，所述FPGA控制器控制所述角度电机功率检测装置、飞行转向检测装置处于常开状态，控制所述转轴转动幅度检测装置、安装板转动幅度检测装置、销轴转动幅度检测装置、调节板转动幅度检测装置处于常闭状态；
当所述实时转向角度与所述实时角度功率对应的标准角度功率不匹配时，所述FPGA控制器控制所述转轴转动幅度检测装置开启；
当所述转轴转动幅度检测装置判断所述第一实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述安装板转动幅度检测装置开启；
当所述安装板转动幅度检测装置判断所述第二实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述销轴转动幅度检测装置开启；
当所述销轴转动幅度检测装置判断所述第三实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器控制所述调节板转动幅度检测装置开启；
当所述调节板转动幅度检测装置判断所述第四实时转动幅度未出现异常时，所述FPGA控制器向管理人员反馈人为干预的需求。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA协同的飞行姿态测控系统，其特征在于，还包括无线通信装置和智能移动终端，所述FPGA控制器通过所述无线通信装置与所述智能移动终端网络连接。
6.基于FPGA协同的飞行姿态测控方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的基于FPGA协同的飞行姿态测控系统进行飞行姿态测控。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如权利要求6所述的基于FPGA协同的飞行姿态测控方法。
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