CN207008411U - 多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统及含其的无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统及含其的无人机，包括第一控制系统和第二控制系统，所述第一控制系统包括第一控制器和连接第一控制器的第一传感器模块；所述第二控制系统包括第二控制器和连接第二控制器的第二传感器模块；所述第一传感器模块、第二传感器模块分别包括多个测量无人机飞行状态的冗余传感器组；所述第一控制器和第二控制器通过数据总线连接。该无人机飞行控制系统，能够保证在其中一个控制器出现故障时，利用另一个与之备份的控制器自动无缝接管其工作，而且能够在传感器出现故障时，采用其冗余功能的同类传感器代替其工作，从而保证了无人机飞行控制系统的稳定性。

Description

多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统及含其的无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统及含其的无人机。

背景技术

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。目前，随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用。

无人机飞行控制系统是飞行器的重要组成部分，其通过采集传感器的信息进行组合导航姿态解算来获得飞机的姿态、高度、速度以及位置信息，从而控制无人机自动飞行。如若无人机飞行控制系统发生故障，会导致无人机瞬间信号丢失，出现坠机现象，因此，无人机飞行控制系统的稳定性问题是目前亟待要解决的重要问题。

目前，无人机飞行控制系统多采用一个控制器，在飞行中，如果控制器发生故障，无人机将失去控制；另外，传感器类似于无人机对外界的感知系统，而现有无人机多采用单一的传感器进行数据采集，例如，采用单一的陀螺仪、加速度计、磁力计，当单一传感器受到电子干扰或其它外界因素影响而发生故障时，将严重影响飞行器正常飞行，甚至会导致炸机现象。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统及含其的无人机，通过采用传感器冗余技术以及双控制器备份技术，提高了飞行控制系统的安全性和稳定性。

为了达到上述技术效果，本实用新型包括以下技术方案：一种多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统，包括第一控制系统和第二控制系统，所述第一控制系统包括第一控制器和连接第一控制器的第一传感器模块；所述第二控制系统包括第二控制器和连接第二控制器的第二传感器模块；所述第一传感器模块、第二传感器模块分别包括多个测量无人机飞行状态的冗余传感器组；

所述第一控制器和第二控制器通过数据总线连接。

由于第一控制器与第二控制器通过数据总线连接，平时相互备份，第二控制器储存所有第一控制器信息，正常工作时，第一控制器控制无人机的飞行任务，当第一控制器出现故障或者与第一控制器连接的冗余传感器组内的全部同类传感器出现故障时，自动切换至第二控制器控制无人机。

进一步地，所述第一传感器模块、第二传感器模块分别通过CAN通信总线与第一控制器、第二控制器进行数据通信。由于CAN(ControllerAreaNetwork,控制器局域网络)通信总线具有易于扩展、抗干扰性好的优点，使得整个飞行控制系统的可扩展性高、抗干扰性好、系统内的各个模块利用CANID可以方便切换。

进一步地，所述多个冗余传感器组包括加速计单元、陀螺仪单元，所述加速度计单元内包括两个或以上的加速度计，所述陀螺仪单元内包括两个或以上的陀螺仪。

进一步地，所述多个冗余传感器组还包括磁罗盘单元、高度计单元和卫星导航单元，所述磁罗盘单元内包括一个或以上磁罗盘，所述高度计单元包括一个或以上高度计，所述卫星导航单元包括一个或以上卫星导航单元。

作为优选，所述卫星导航单元为GPS、北斗或两者的组合。

进一步地，还包括电子调速器、电机和遥控接收机，所述第一控制器输出PWM方波信号至所述电子调速器并通过电子调速器控制电机动作；所述第一控制器与遥控接收机连接。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块为整个系统供电。

进一步地，所述第一控制器与无人机的任务负载连接以控制任务负载动作。

作为优选，所述第一控制器和第二控制器皆由ARM、DSP、单片机中任意一种运算单元实现。

另外，本实用新型还提供了一种无人机，包括上述飞行控制系统。

采用上述技术方案，包括以下有益效果：本实用新型所提供的无人机飞行控制系统，采用了传感器冗余技术以及双控制器备份技术，能够保证在其中一个控制器出现故障时，利用另一个与之备份的控制器自动无缝接管其工作，而且能够在传感器出现故障时，采用其冗余功能的同类传感器代替其工作，从而保证了无人机飞行控制系统的稳定性，便于用户操作，更加安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供无人机飞行控制系统的结构框图；

图2为本实用新型另一实施例所提供无人机飞行控制系统的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用 新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例：

飞行控制系统是飞行器的重要组成部分，搭载着飞行控制算法，以多个电机为动力装置控制无人机的飞行状态。本发明所提供的多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统适用于固定翼、直升机以及多旋翼无人机。

参阅图1，本实施例提供的一种多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统，包括第一控制系统和第二控制系统，第一控制系统包括第一控制器和连接第一控制器的第一传感器模块；第二控制系统包括第二控制器和连接第二控制器的第二传感器模块；

其中，第一控制器和第二控制器通过数据总线连接，平时相互备份，第二控制器储存所有第一控制器信息，电源模块为整个系统供电。

正常工作时，第一控制器控制无人机飞行，根据第一传感器模块感应到的原始数据进行导航解算，计算出无人机的飞行姿态、速度和位置信息，并进行姿态控制处理和飞行位置校正，实时将数据信息备份给第二控制器，所述第一控制器与遥控接收机连接，遥控器通过遥控器接收机对第一控制器进行控制；第一控制器与无人机的任务负载连接以控制任务负载动作，第一控制器输出PWM方波信号至所述电子调速器并通过电子调速器控制电机动作，电机带动旋翼旋转，从而控制无人机的姿态。

当第一控制器出现故障时，第二控制器自动代替第一控制器工作，无缝接管对无人机的控制，从而增强了飞行控制系统的稳定性。

另外，由于传感器多为微机电器件，受到其自身材料和工作原理限制，容易发生故障，因此，本实施例中第一传感器模块、第二传感器模块分别包括多个测量无人机飞行状态的冗余传感器组；所述第一传感器模块、第二传感器模块分别通过CAN通信总线与第一控制器、第二控制器进行数据通信。

参阅图2，多个冗余传感器组包括加速计单元、陀螺仪单元，所述加速度计单元内包括两个或以上的加速度计，所述陀螺仪单元内包括两个或以上的陀螺仪。所述多个冗余传感器组还包括磁罗盘单元、高度计单元和卫星导航单元，磁罗盘单元内包括一个或以上磁罗盘，高度计单元包括一个或以上高度计，卫星导航单元包括一个或以上卫星导航单元，所述卫星导航单元为GPS、北斗或两者的组合。

上述提供的冗余传感器组，当一个传感器出现故障时，可以利用其冗余功能的另一同类传感器代替其工作，例如，当加速度计单元中的加速度计1出现故障时，由冗余的加速度计2代替其工作。在第一控制器正常工作的情况下，只有当同一冗余传感器组内的所有传感器均出现故障时，才会切换到第二控制器控制无人机；进一步提供了无人机飞行控制系统的稳定性，避免出现故障而引起无人机失控的现象。

本实施例中，所述第一控制器和第二控制器皆由ARM、DSP、单片机中任意一种运算单元实现。

另外，本实施例还提供了一种无人机，包括上述飞行控制系统。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多传感器冗余备份的双余度飞行控制系统，其特征在于，包括第一控制系统和第二控制系统，所述第一控制系统包括第一控制器和连接第一控制器的第一传感器模块；所述第二控制系统包括第二控制器和连接第二控制器的第二传感器模块；所述第一传感器模块、第二传感器模块分别包括多个测量无人机飞行状态的冗余传感器组；

所述第一控制器和第二控制器通过数据总线连接。

2.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述第一传感器模块、第二传感器模块分别通过CAN通信总线与第一控制器、第二控制器进行数据通信。

3.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述多个冗余传感器组包括加速计单元、陀螺仪单元，所述加速度计单元内包括两个或以上的加速度计，所述陀螺仪单元内包括两个或以上的陀螺仪。

4.根据权利要求3所述的飞行控制系统，其特征在于，所述多个冗余传感器组还包括磁罗盘单元、高度计单元和卫星导航单元，所述磁罗盘单元内包括一个或以上磁罗盘，所述高度计单元包括一个或以上高度计，所述卫星导航单元包括一个或以上卫星导航单元。

5.根据权利要求4所述的飞行控制系统，其特征在于，所述卫星导航单元为GPS、北斗或两者的组合。

6.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，还包括电子调速器、电机和遥控接收机，所述第一控制器输出PWM方波信号至所述电子调速器并通过电子调速器控制电机动作；所述第一控制器与遥控接收机连接。

7.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块为整个系统供电。

8.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述第一控制器与无人机的任务负载连接以控制任务负载动作。

9.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述第一控制器和第二控制器皆由ARM、DSP、单片机中任意一种运算单元实现。

10.一种无人机，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的飞行控制系统。