CN207908981U - 一种无人机飞控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无人机飞控系统，包括中央处理模块、伺服子系统和至少两组姿态传感器；每组姿态传感器采集一组航姿数据，中央处理模块获取各组航姿数据，并根据各组航姿数据判断每一姿态传感器的健康状态，将确定为健康的每一姿态传感器对应的航姿数据解算为一组无人机姿态值，选择可信度最高的无人机姿态值计算出伺服控制量，伺服子系统根据伺服控制量控制无人机正常飞行；该无人机飞控系统通过至少两组姿态传感器采集航姿数据，并解算成至少两组无人机姿态值，选择可信度最高的无人机姿态值用来计算伺服控制量，该系统在每次无人机姿态值的选择上均能保证为最优的选择，从而增强了无人机飞控系统稳定性，提高了无人机在飞行时的安全性。

Description

一种无人机飞控系统

技术领域

本实用新型涉及无人机控制技术领域，更具体地，涉及一种无人机飞控系统。

背景技术

无人机飞控技术也是无人机的核心技术，随着电子技术的成熟，国内外出现多款无人机飞控，包括无人机固定飞控、无人机多旋翼飞控、无人机直升机飞控。

无人机飞控系统一般包括传感器、中央处理模块和伺服子系统三大部分，主要实现对无人机姿态的控制和保持无人机姿态的稳定、无人机设备管理和应急控制三大类。

无人机飞控系统中采集无人机航姿数据的姿态传感器是无人机姿态稳定的核心传感器，但是国内外现有飞控基本上都只包含一组姿态传感器，该传感器一旦出现问题，将直接导致坠机，所以目前的无人机飞控系统的稳定性和安全性存在一定缺陷。

实用新型内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本实用新型提供一种无人机飞控系统。

本实用新型提供一种无人机飞控系统，包括：中央处理模块、伺服子系统和至少两组姿态传感器；每组姿态传感器均与中央处理模块连接，中央处理模块与伺服子系统连接；姿态传感器，用于采集无人机的航姿数据，其中，每组姿态传感器采集一组航姿数据；中央处理模块，用于获取航姿数据，并根据航姿数据判断每一姿态传感器的健康状态，将确定为健康的每一姿态传感器对应的航姿数据解算为一组无人机姿态值，并选择可信度最高的无人机姿态值计算出伺服控制量，将伺服控制量发送至伺服子系统；伺服子系统，用于根据伺服控制量控制无人机飞行。

其中，该系统还包括电源模块；电源模块包括电源控制器和至少两组电源；电源模块，用于给所有姿态传感器、中央处理模块和伺服子系统供电；电源控制器，用于选择一组电源作为工作电源，并监控工作电源是否正常，若确定工作电源异常，则选择另一组电源作为工作电源并监控。

其中，中央处理模块包括健康状态判断子模块；健康状态判断子模块，用于将航姿数据与预设的阈值范围进行比较，若航姿数据在阈值范围之内，则确定采集该组航姿数据的姿态传感器的健康状态为健康。

其中，中央处理模块包括无人机姿态值选择子模块；无人机姿态值选择子模块，用于根据预设的置信区间确定在所述置信区间之内的无人机姿态值，并获取在所述置信区间之内的每一无人机姿态值的优先级，选择在所述置信区间之内的且优先级最高的无人机姿态值作为可信度最高的无人机姿态值。

其中，电源控制器包括电源检测单元和控制开关；电源检测单元，用于检测工作电源的电压是否超出预设范围，若确定工作电源的电压超出预设范围，则确定工作电源异常；控制开关，用于在确定工作电源异常时，选择另一组电源作为工作电源。

其中，该系统还包括地磁感应器和空速传感器；地磁感应器和空速传感器分别与中央处理模块连接。

本实用新型提供的一种无人机飞控系统，包括中央处理模块、伺服子系统和至少两组姿态传感器；每组姿态传感器采集一组无人机的航姿数据，中央处理模块获取各组航姿数据，并根据各组航姿数据判断每一姿态传感器的健康状态，将确定为健康的每一姿态传感器对应的航姿数据解算为一组无人机姿态值，选择一组可信度最高的无人机姿态值计算出伺服控制量并发送至伺服子系统，伺服子系统根据伺服控制量控制无人机正常飞行；该无人机飞控系统通过至少两组姿态传感器采集航姿数据，航姿数据通过中央处理模块处理后解算成至少两组无人机姿态值，并选择可信度最高的无人机姿态值用来计算伺服控制量，该系统在每次无人机姿态值的选择上均能保证为最优的选择，以保证无人机的正常飞行，从而增强了无人机飞控系统稳定性，提高了无人机在飞行时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本实用新型实施例的无人机飞控系统的示意图。

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。

在本实用新型的一个实施例中，参考图1，提供一种无人机飞控系统，包括：中央处理模块、伺服子系统和至少两组姿态传感器；每组姿态传感器均与中央处理模块连接，中央处理模块与伺服子系统连接；姿态传感器，用于采集无人机的航姿数据，其中，每组姿态传感器采集一组航姿数据；中央处理模块，用于获取航姿数据，并根据航姿数据判断每一姿态传感器的健康状态，将确定为健康的每一姿态传感器对应的航姿数据解算为一组无人机姿态值，并选择可信度最高的无人机姿态值计算出伺服控制量，将伺服控制量发送至伺服子系统；伺服子系统，用于根据伺服控制量控制无人机飞行。

具体的，无人机飞控系统一般包括传感器、中央处理模块和伺服子系统三大部分，本实施例中，无人机飞控系统包括至少两组姿态传感器，每组姿态传感器可实时采集一组航姿数据，其中，每组航姿数据包括姿态传感器在解算周期内一次或者多次所采集的数据，解算周期为中央处理模块将航姿数据解算为无人机姿态值的数据处理周期。

中央处理模块获取各组航姿数据，首先根据每组航姿数据判断对应的姿态传感器的健康状态，姿态传感器的健康状态表示利用姿态传感器所采集的航姿数据解算出来的无人机姿态值能否保证无人机的正常飞行，姿态传感器的健康状态若为健康，则表明由该姿态传感器采集的航姿数据解算出来的无人机姿态值能保证无人机的正常飞行，姿态传感器的健康状态可通过航姿数据的大小来判断；将确定为健康的每一姿态传感器对应的航姿数据通过滤波算法得到一组无人机姿态值，再选择一组可信度最高的无人机姿态值计算出伺服控制量，其中，无人机姿态值的可信度表示对无人机姿态值的可信赖的程度，无人机姿态值的可信度越高，则通过该无人机姿态值计算获得的伺服控制量来控制无人机飞行时，无人机出现故障的可能性越小，无人机姿态值的可信度可通过预设的规则来确定；将伺服控制量发送至伺服子系统，以控制无人机的正常飞行。

中央处理模块在每个解算周期后确定用于计算伺服控制量的无人机姿态值时，均选择可信度最高的无人机姿态值来进行计算；中央处理模块在每个解算周期后都会选择最佳的无人机姿态值进行后续的计算，最大可能的避免了导致无人机飞行故障的可能性，因此，只要无人机飞控系统中有一组姿态传感器正常工作，就能保证无人机的正常飞行。

本实施例的无人机飞控系统通过至少两组姿态传感器采集航姿数据，航姿数据通过中央处理模块处理后解算成至少两组无人机姿态值，并选择可信度最高的无人机姿态值用来计算伺服控制量，该系统在每次无人机姿态值的选择上均能保证为最优的选择，以保证无人机的正常飞行，从而增强了无人机飞控系统稳定性，提高了无人机在飞行时的安全性。

目前的无人机飞控系统通常只有一组电源，当该组电源输入在飞行中出现虚接或故障时，飞控系统将直接停止工作导致坠机，电源也影响了无人机飞控系统的稳定性和安全性。

基于以上实施例，该系统还包括电源模块；电源模块包括电源控制器和至少两组电源；电源模块，用于给所有姿态传感器、中央处理模块和伺服子系统供电；电源控制器，用于选择一组电源作为工作电源，并监控工作电源是否正常，若确定工作电源异常，则选择另一组电源作为工作电源并监控。

具体的，本实施例的无人机飞控系统的电源模块包括至少两组电源和电源控制器，电源控制器选择其中一组电源作为工作电源接通至电路，电路连接至所有姿态传感器、中央处理模块和伺服子系统，电源控制器实时监控工作电源是否正常，例如监控工作电源的电压是否能支持系统内的器件的正常工作等等，若确定工作电源异常，则选择至另一组电源作为工作电源并监控。

本实施例通过在无人机飞控系统中设置至少两组电源，在作为工作电源的电源无法正常供电时，切换至其它电源，保证了无人机飞控系统中所有模块或者器件能继续正常工作，进一步增强了无人机飞控系统稳定性，并进一步提高了无人机在飞行时的安全性。

基于以上实施例，中央处理模块包括健康状态判断子模块；健康状态判断子模块，用于将航姿数据与预设的阈值范围进行比较，若航姿数据在阈值范围之内，则确定采集该组航姿数据的姿态传感器的健康状态为健康。

具体的，每个姿态传感器的数据格式基本固定，由此，所采集的能保证无人机正常飞行的数据范围也相对固定，比如航姿数据中的角速度或者加速度，基本都有一个正常的取值范围，即无人机的硬件设备所能支持的飞行参数的范围，根据这些范围来设置阈值范围；通过阈值范围对每一姿态传感器采集的航姿数据进行检查，以确定每一姿态传感器的健康状态，若航姿数据在阈值范围之内，则确定采集该组航姿数据的姿态传感器的健康状态为健康，以上对姿态传感器的健康状态的判断以一个解算周期为基本时间单位进行判断。其中，若在解算周期内，姿态传感器多次采集了数据，则需要将每一数据与阈值范围进行比较，在确定一个解算周期内所有数据均在阈值范围内时，则可确定在该解算周期内姿态传感器的健康状态为健康，否则，确定为不健康。

基于以上实施例，中央处理模块包括无人机姿态值选择子模块；无人机姿态值选择子模块，用于根据预设的置信区间确定在所述置信区间之内的无人机姿态值，并获取在所述置信区间之内的每一无人机姿态值的优先级，选择在所述置信区间之内的且优先级最高的无人机姿态值作为可信度最高的无人机姿态值。

具体的，中央处理模块包括无人机姿态值选择子模块，首先，给无人机姿态值的设置置信区间，判断无人机姿态值是否在置信区间之内，置信区间为数值区间，是指当无人机姿态值在该置信区间之内时，通过该无人机姿态值计算得到的伺服控制量能保证无人机的正常飞行；然后，给每一无人机姿态值设置优先级，优先级是指选择无人机姿态值的优先程度，优先级可根据实际情况人为规定；对于确定在置信区间之内的所有无人机姿态值，获取这些无人机姿态值的优先级，并将优先级最高的无人机姿态值作为可信度最高的无人机姿态值，以用于计算伺服控制量。

基于以上实施例，每一姿态传感器包括一个陀螺仪和一个加速计。

其中，陀螺仪为L3GD20芯片、L3GD20H芯片、MPU6000芯片或者ADIS16365芯片中的一种。

其中，加速计为MPU6000芯片、LSM303D芯片或者ADIS16365芯片中的一种。

具体的，陀螺仪采集的角速度信息和加速计采集的加速度信息是解算无人机飞行姿态的最重要的核心信息，每一姿态传感器包括一个陀螺仪和一个加速计，其中，陀螺仪为L3GD20芯片、L3GD20H芯片、MPU6000芯片或者ADIS16365芯片中的一种，其中，加速计为MPU6000芯片、LSM303D芯片或者ADIS16365芯片中的一种；对于既具备陀螺仪的功能，又具备加速计的功能的组合芯片，一组姿态传感器选用一个组合芯片即可，姿态传感器也可选用只具备一种功能的芯片进行组合；中央处理模块在解算导航信息时。根据芯片的物理地址，确定对应的数据，不至于数据混乱；通常一种芯片只选用一个，如果选用多个，则需重新编译它们的物理地址。

基于以上实施例，电源控制器包括电源检测单元和控制开关；电源检测单元，用于检测工作电源的电压是否超出预设范围，若确定工作电源的电压超出预设范围，则确定工作电源异常；控制开关，用于在确定工作电源异常时，选择另一组电源作为工作电源。

其中，电源控制器为LTC4417芯片。

具体的，电源控制器包括电源检测单元和控制开关；由于无人机飞控系统中的各种器件或者模块都有正常的工作电压，根据各种器件或者模块都有正常的工作电压给电源检测单元设置一个电压阈值范围(预设范围)，电源检测单元实时检测工作电源的电压是否超出预设范围，若确定当前的工作电源的电压超出预设范围，则表明当前的工作电源提供的电压不足以支持无人机飞控系统中的各种器件或者模块的正常运行，判定当前的工作电源异常，指令控制开关选择另一组电源作为工作电源。

电源控制器可选择LTC4417芯片，LTC4417芯片可根据优先级将三个有效电源之一连接至一个公共输出，优先级由引脚分配来确定，当连接至电路的电源的电压连续处于其过压和欠压窗口之内的时间至少为256ms时，此电源就被定义为有效，否则被定义为无效，假如优先级最高电源被确定为无效，则立即将断接该电源，并把优先级次高的电源连接至公共输出；还可以将两个或更多的LTC4417芯片级联起来以实现在更多的电源之间的切换。

基于以上实施例，该系统还包括地磁感应器和空速传感器；地磁感应器和空速传感器分别与中央处理模块连接。

具体的，无人机飞控系统还包含一组地磁感应器(磁感器，磁力计)和一套空速传感器，使该飞控既能适用固定翼型飞行器又能适用多旋翼和直升机飞行器。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种无人机飞控系统，其特征在于，包括：中央处理模块、伺服子系统和至少两组姿态传感器；

每组姿态传感器均与所述中央处理模块连接，所述中央处理模块与所述伺服子系统连接；

所述姿态传感器，用于采集无人机的航姿数据，其中，每组姿态传感器采集一组航姿数据；

所述中央处理模块，用于获取所述航姿数据，并根据所述航姿数据判断每一姿态传感器的健康状态，将确定为健康的每一姿态传感器对应的航姿数据解算为一组无人机姿态值，并选择可信度最高的无人机姿态值计算出伺服控制量，将所述伺服控制量发送至伺服子系统；

所述伺服子系统，用于根据所述伺服控制量控制所述无人机飞行。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块；所述电源模块包括电源控制器和至少两组电源；所述电源模块，用于给所有姿态传感器、所述中央处理模块和所述伺服子系统供电；所述电源控制器，用于选择一组电源作为工作电源，并监控工作电源是否正常，若确定工作电源异常，则选择另一组电源作为工作电源并监控。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央处理模块包括健康状态判断子模块；

所述健康状态判断子模块，用于将所述航姿数据与预设的阈值范围进行比较，若所述航姿数据在所述阈值范围之内，则确定采集所述航姿数据的姿态传感器的健康状态为健康。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央处理模块包括无人机姿态值选择子模块；

所述无人机姿态值选择子模块，用于根据预设的置信区间确定在所述置信区间之内的无人机姿态值，并获取在所述置信区间之内的每一无人机姿态值的优先级，选择在所述置信区间之内的且优先级最高的无人机姿态值作为可信度最高的无人机姿态值。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电源控制器包括电源检测单元和控制开关；

所述电源检测单元，用于检测工作电源的电压是否超出预设范围，若确定工作电源的电压超出所述预设范围，则确定工作电源异常；

所述控制开关，用于在确定工作电源异常时，选择另一组电源作为工作电源。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括地磁感应器和空速传感器；

所述地磁感应器和所述空速传感器分别与所述中央处理模块连接。