CN210804118U - 一种基于can总线的无人机双冗余飞控系统 - Google Patents
一种基于can总线的无人机双冗余飞控系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及无人机领域，具体涉及一种基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统，包括用于实现无人机自动起飞、降落和巡航等控制的主飞行控制模块、用于主飞行控制模块故障时无人机应急控制的应急备用飞行控制模块以及总线计算机，所述主飞行控制模块和应急备用飞行控制模块分别通过CAN总线与总线计算机连接，解决了现有技术问题中存在的备份成本高以及稳定性差的技术缺陷。本实用新型提供一种具有成本低廉、稳定性高和高效安全的无人机双冗余飞控系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机领域，具体涉及一种基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统。
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。无人机的的飞控系统是无人机的核心控制大脑，负责整个无人机飞行过程的控制，一旦出现故障将导致坠机或产生非常严重的后果。因此非常有必要对无人机的飞控系统进行冗余备份，常规的备份分为双冗余热备份，即安装两个一模一样的控制系统，或三冗余、多冗余备份，这些备份机制非常复杂，设计到飞控的状态判断，而且存在备份成本比较高，稳定性不够好等缺陷。
实用新型内容
针对现有技术问题中存在的备份成本高以及稳定性差的技术缺陷。本实用新型提供一种新的基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统，该基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统具有成本低廉、稳定性高和高效安全的性能。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
本申请提供一种基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统，包括用于实现无人机自动起飞、降落和巡航等控制的主飞行控制模块、用于主飞行控制模块故障时无人机应急控制的应急备用飞行控制模块以及总线计算机，所述主飞行控制模块和应急备用飞行控制模块分别通过CAN总线与总线计算机连接。
作为进一步的改进，还包括应急备用控制模块，所述应急控制模块触发无人机返航开关。
作为进一步的改进，所述总线计算机分别控制并切换主控制器和备用控制器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
效果一，本申请有效地避免了因无人机主控系统故障导致的严重后果，设计简单有效，保障了无人机的安全，改变了常规的双冗余热备份的成本高昂和稳定性差的缺陷，解决无人机飞控系统的应急备份问题，当主控系统出现复位或宕机等严重问题后备用控制系统将接管整个飞行的控制，并启动应急返航策略，将无人机返航到安全地点。
附图说明
图1为无人机双冗余飞控系统的框图；
图2为无人机双冗余飞控系统工作流程图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
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1
实施例提供一种基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统，包括用于实现无人机自动起飞、降落和巡航等控制的主飞行控制模块、用于主飞行控制模块故障时无人机应急控制的应急备用飞行控制模块以及总线计算机，所述主飞行控制模块和应急备用飞行控制模块分别通过CAN总线与总线计算机连接。
具体的，还包括应急备用控制模块，所述应急控制模块触发无人机返航开关。
主飞行控制模块，用于无人机的主控制器，实现自动起飞、降落和巡航等控制；应急备用飞行控制模块，当主控制器故障时用于无人机应急控制；总线裁决模块，用于判定飞控状态，切换控制器对执行机构的控制权。当主飞行控制模块和应急备用飞行控制模块分别通过CAN总线与总线裁决模块相连，同一时间内只有一个控制器拥有控制权，总线裁决模块用于判定飞控状态，切换控制器对执行机构的控制权。CAN总线的接口连接CAN协议层，所述CAN协议层用于预置无人机控制冗余备份中的主飞行控制模块和应急备用飞行控制模块数据的标识位，通过标志位判断总裁裁决模块需要的控制权，所述无人机双冗余飞控系统用于基于所述主/备数据的标识位和预设的总线裁决模块将所述主/备数据确定为有效备份数据。
基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统，包含以下几个步骤：
首先，主控制器工作时实时发送状态信息给总线裁决模块；主控制器通过CAN总线实时发送运行的状态信息，同时备用应急飞行控制模块也发送运行状态信息，当为多旋翼无人机时发送状态信息频率不低于50Hz，为固定翼时不低于1Hz。
然后，总线裁决模块判断主控制器的故障状态，判断为失联、正常、故障；总线裁决模块判断控制器状态信息分为以下步骤：收到控制器主动上报的故障，进行故障标志置位；一定时间内没有收到控制器的状态信息，判断为控制器失联。
最后，通过主控制器的状态信息切换执行机构的控制权；切换控制权分为以下步骤：
首先主控制器正常，分配主控制器控制权；其次主控制器失联或者故障后，发送指令给应急备用控制模块，并将系统的控制权分配给备用控制模块；再次应急备用控制模块触发接管系统控制权；最后应急控制模块执行返航任务。
所述主飞行控制模块为主飞行控制模块，应急备用飞行控制模块为备用应急控制系统，主飞行控制模块和备用应急控制系统都可以接管无人机的控制权；正常情况下，主飞行控制模块在系统自检正常时会周期发送状态信息到CAN总线上；当主飞行控制模块超过约定时间没有发送状态信息或者发送了系统故障帧后备用应急控制系统触发唤醒并开始接管无人机的控制权，此时总线计算机只处理备用应急控制系统发出的控制指令。备用应急控制系统只拥有简单的控制策略，正常情况下备用系统进入休眠状态，等待条件触发唤醒，一旦接收到唤醒指令时将接管无人机的控制权，启动返航程序，将无人机导航到着陆点上空进入盘旋飞行状态，等待地面站的命令。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于CAN总线的无人机双冗余飞控系统，其特征在于，包括用于实现无人机自动起飞、降落和巡航控制的主飞行控制模块、用于主飞行控制模块故障时无人机应急控制的应急备用飞行控制模块以及总线计算机，所述主飞行控制模块和应急备用飞行控制模块分别通过CAN总线与总线计算机连接；还包括应急备用控制模块，所述应急控制模块工作时触发无人机返航开关；所述总线计算机分别控制并切换主控制器和备用控制器。
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