CN206584231U - 基于fpga分布式高安全性的飞行控制系统及飞行器 - Google Patents

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董其才
吴其琦
赵正峰
张冲
徐亚妮
吴奕辰
胡志伟
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Abstract

本实用新型适用于电子技术改进领域，提供了一种基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统，所述飞行控制系统包括若干飞控子系统及仲裁器，若干所述飞控子系统的输出端分别连接所述仲裁器的输入端；所述飞控子系统，用于读取各个传感器数据，进行飞行姿态计算，运行控制算法，并输出飞行控制数据；所述仲裁器，用于接收各个飞控子系统传输的数据，对数据去除最大值和最小值并求出平均值，根据平均值选出最接近的飞行数据并输出控制飞行。对于安全性较低的场合可以少装子飞控，从而减少成本，维护方便，出现故障的子飞控，可以单独更换，无需取下整个飞控系统进行维修。

Description

基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统及飞行器
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统。
背景技术
无人机用途十分广泛，在军事上，可用于制造虚拟目标、勘察敌情、打击敌人等；在民用上，主要用于高压线路检修、测绘、喷洒农药等。因此，近几年来，无人机受到越来越多的关注，其应用前景十分明朗。但由于飞行控制器系统（以下简称飞控）自身的稳定性欠佳，常由于电路元件问题，或者外界干扰问题引发飞控瘫痪，从而导致坠机事故，轻则造成财产损失，重则危及人身安全。因此研制出一种具有高安全性性，高可靠性，安装方式灵活等特点的新型飞控，对保障无人机安全飞行具有重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统，旨在解决上述的技术问题。
本实用新型是这样实现的，一种基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统，所述飞行控制系统包括若干飞控子系统及仲裁器，若干所述飞控子系统的输出端分别连接所述仲裁器的输入端；所述飞控子系统，用于读取各个传感器数据，进行飞行姿态计算，运行控制算法，并输出飞行控制数据；所述仲裁器，用于接收各个飞控子系统传输的数据，对数据去除最大值和最小值并求出平均值，根据平均值选出最接近的飞行数据并输出控制飞行。
本实用新型的进一步技术方案是：若干所述飞控子系统相同，其包括加速度传感器、陀螺仪、罗盘、多个气压计传感器及中央处理器MCU，所述中央处理器MCU的输入端分别连接所述加速度传感器的输出端、陀螺仪的输出端、罗盘的输出端及每个所述气压计传感器的输出端。
本实用新型的进一步技术方案是：所述仲裁器采用的是FPGA构建平台。
本实用新型的进一步技术方案是：每个所述飞控子系统与所述仲裁器之间采用的是CAN总线连接。
本实用新型的进一步技术方案是：所述气压计传感器为四个。
本实用新型的另一目的在于提供一种飞行装置，所述飞行装置包括权利要求1-5任一项所述的飞行控制系统及飞行器，所述飞行控制系统设于所述飞行器上。
本实用新型的有益效果是：飞控的高度安全性与可靠性，子飞控体积小、安装方便可以分布安装在机舱内的各个地方，充分利用有限空间，可以根据安全等级增减子飞控数量，对应安全性要求特别高的场合可以安装多个子飞控，对于安全性较低的场合可以少装子飞控，从而减少成本，维护方便，出现故障的子飞控，可以单独更换，无需取下整个飞控系统进行维修。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统的结构框图。
具体实施方式
图1示出了本实用新型提供的基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统，所述飞行控制系统包括若干飞控子系统及仲裁器，若干所述飞控子系统的输出端分别连接所述仲裁器的输入端；所述飞控子系统，用于读取各个传感器数据，进行飞行姿态计算，运行控制算法，并输出飞行控制数据；所述仲裁器，用于接收各个飞控子系统传输的数据，对数据去除最大值和最小值并求出平均值，根据平均值选出最接近的飞行数据并输出控制飞行。
若干所述飞控子系统相同，其包括加速度传感器、陀螺仪、罗盘、多个气压计传感器及中央处理器MCU，所述中央处理器MCU的输入端分别连接所述加速度传感器的输出端、陀螺仪的输出端、罗盘的输出端及每个所述气压计传感器的输出端。
所述仲裁器采用的是FPGA构建平台。
每个所述飞控子系统与所述仲裁器之间采用的是CAN总线连接。
所述气压计传感器为四个。
本实用新型的另一目的在于提供一种飞行装置，所述飞行装置包括行控制系统及飞行器，所述飞行控制系统设于所述飞行器上。
飞控采用多重冗余硬件结构，即使一部分硬件出现故障，冗余部分仍然能够正常工作，从而保证无人机继续飞行，并提示操作人员尽快着陆，着陆后更换故障部件即可。
飞控采用若干个飞控子系统（后简称子飞控）与一个仲裁器，通过总线方式把子飞控与仲裁器相连。子飞控自身已能够单独控制无人机，由仲裁器选择其中最可信的子飞控的飞行控制数据，输出到飞行器。因子飞控体积小、安装方便可以分布安装在无人机机舱内的各个地方。
子飞控采用加速度传感器，陀螺仪，罗盘，气压计四个传感器与一个小型CPU,CPU通过读取各种传感器数据，进行飞行姿态计算，运行控制算法，最终输出飞行控制数据。
总线采用CAN总线，因其有抗干扰能力强，速率高的特点。各个子飞控的控制数据打包成一帧数据，通过CAN总线发送到数据仲裁器。
数据仲裁器采算法如下:仲裁处理对象是各个子飞控发送过来的数据，先对数据去除最大值与最小值，再求出平均值，最后选出与平均值最接近的数据。
由于仲裁器在整个系统中的地位非常重要，如果仲裁器瘫痪飞行器将不可避免地导致坠机，因此必须运行于可靠性极高的平台。系统采用FPGA平台构造仲裁器而不是常用的CPU平台。FPGA内部是采用逻辑电路结构对数据仲裁，不存在程序出错，系统瘫痪等CPU常见问题，因此可靠性极高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于FPGA分布式高安全性的飞行控制系统，其特征在于：所述飞行控制系统包括若干飞控子系统及仲裁器，若干所述飞控子系统的输出端分别连接所述仲裁器的输入端；所述飞控子系统，用于读取各个传感器数据，进行飞行姿态计算，运行控制算法，并输出飞行控制数据；所述仲裁器，用于接收各个飞控子系统传输的数据，对数据去除最大值和最小值并求出平均值，根据平均值选出最接近的飞行数据并输出控制飞行。
2.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，若干所述飞控子系统相同，其包括加速度传感器、陀螺仪、罗盘、多个气压计传感器及中央处理器MCU，所述中央处理器MCU的输入端分别连接所述加速度传感器的输出端、陀螺仪的输出端、罗盘的输出端及每个所述气压计传感器的输出端。
3.根据权利要求2所述的飞行控制系统，其特征在于，所述仲裁器采用的是FPGA构建平台。
4.根据权利要求3所述的飞行控制系统，其特征在于，每个所述飞控子系统与所述仲裁器之间采用的是CAN总线连接。
5.根据权利要求4所述的飞行控制系统，其特征在于，所述气压计传感器为四个。
6.一种飞行装置，其特征在于，所述飞行装置包括权利要求1-5任一项所述的飞行控制系统及飞行器，所述飞行控制系统设于所述飞行器上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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