RU106971U1 - AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT - Google Patents

AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT Download PDF

Info

Publication number
RU106971U1
RU106971U1 RU2011105900/08U RU2011105900U RU106971U1 RU 106971 U1 RU106971 U1 RU 106971U1 RU 2011105900/08 U RU2011105900/08 U RU 2011105900/08U RU 2011105900 U RU2011105900 U RU 2011105900U RU 106971 U1 RU106971 U1 RU 106971U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
sensors
control
roll
actuators
Prior art date
Application number
RU2011105900/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Векентьевич Серебреников
Андрей Юрьевич Попов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Скай Роботс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Скай Роботс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Скай Роботс"
Priority to RU2011105900/08U priority Critical patent/RU106971U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU106971U1 publication Critical patent/RU106971U1/en

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, содержащая датчики угловых скоростей по крену и курсу, датчики дифференциального и полного давления, аналого-цифровые преобразователи, вычислитель для программной обработки сигналов с датчиков и выработки управляющих сигналов, блоки формирования сигналов управления исполнительными механизмами, исполнительные механизмы, а также приемник спутниковой навигационной системы, отличающаяся тем, что для вычисления углового положения беспилотного летательного аппарата (БЛА) она использует только два датчика угловых скоростей и датчики полного и дифференциального давления, выходы которых подсоединены к входам соответствующих аналого-цифровых преобразователей, которые в свою очередь подсоединены к вычислителю, который содержит программные блоки, позволяющие корректировать сигналы с датчиков угловых скоростей (ДУС) и обеспечивать оценку углового положения летательного аппарата (ЛА) без использования сигналов спутниковой навигационной системы (СНС), при этом вычислитель содержит программные модули, содержащие вычитатели, пропорциональные и изодромные звенья, соединенные с блоками формирования сигналов ШИМ и исполнительными механизмами, позволяющими производить управление БЛА в каналах крена, курса и тангажа, а также система снабжена приемником спутниковой навигационной системы и модулем энергонезависимой памяти для введения в систему информации о географических координатах местоположения летательного аппарата. An automatic control system for an unmanned aerial vehicle, containing roll and heading rate sensors, differential and total pressure sensors, analog-to-digital converters, a computer for software processing of signals from sensors and generation of control signals, units for generating control signals for actuators, actuators, and also a receiver of a satellite navigation system, characterized in that to calculate the angular position of an unmanned aerial vehicle (UAV), it uses only two angular rate sensors and total and differential pressure sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding analog-to-digital converters, which in turn are connected to the computer, which contains software blocks that allow you to correct the signals from the angular rate sensors (ARS) and provide an estimate of the angular position of the aircraft (AC) without using satellite navigation signals system (SNS), while the computer contains software modules containing subtractors, proportional and isodromic links connected to the PWM signal generation units and actuators that allow control of the UAV in the roll, course and pitch channels, and the system is equipped with a satellite navigation receiver. system and a nonvolatile memory module for entering information about the geographic coordinates of the aircraft location into the system.

Description

Полезная модель относится к системам автоматического управления беспилотными летательными аппаратами (БЛА), обладающими статической продольной и боковой устойчивостью, позволяющими стабилизировать углы положения летательного аппарата, курс, скорость, высоту, скороподъемность, выполнять полет по заданной траектории с привязкой к географическим координатам, производить автоматический взлет и посадку летательного аппарата и предназначена для стабилизации летательного аппарата в полете и для управления его боковым и продольным движением.The utility model relates to automatic control systems for unmanned aerial vehicles (UAVs) with static longitudinal and lateral stability, allowing to stabilize the angles of the aircraft, heading, speed, altitude, rate of climb, to fly along a given path with reference to geographical coordinates, to take off automatically and landing of the aircraft and is designed to stabilize the aircraft in flight and to control its lateral and longitudinal movement iem.

Известна система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, которая содержит блок акселерометров для измерения линейных ускорений объекта в проекции на оси связанной системы координат, блок датчиков угловых скоростей для измерения угловых скоростей объекта в проекции на оси связанной системы координат, блок магнитных датчиков для измерения вектора магнитного поля Земли в проекции на оси связанной системы координат, температурные датчики для измерения температуры датчиков угловых скоростей, акселерометров, магнитных датчиков, температуры забортного воздуха; датчика абсолютного давления и датчика дифференциального давления, блок оценки высоты, воздушной скорости и скороподъемности, спутниковый навигационный приемник для введения в систему информации о географических координатах местоположения летательного аппарата, блоки измерения внешней частоты оборотов двигателей летательного аппарата, а так же программируемый блок управления. Система так же снабжена многоканальным аналого-цифровым преобразователем, к входу которого подключены выходы указанных датчиков, блоком коррекции сигналов датчиков, выполненным с функцией компенсации погрешностей показаний датчиков, обусловленных температурными дрейфами и неперпендикулярностью осей датчиков, к входу которого подключены выходы многоканального аналого-цифрового преобразователя, блоком оценки углового положения объекта, выполненным с функцией оценки текущих углов положения летательного аппарата по параметрам курса, крена и тангажа, и вход которого связан с выходом блока коррекции сигналов датчиков, блоком захвата ШИМ сигналов, выполненным с функцией получения управляющих воздействий в систему от внешнего источника, задающего эти воздействия, блоком отработки программы полета, выполненным с функцией отслеживания текущего состояния параметров полета и выработки решения об изменении схемы управления летательным аппаратом, и связанным с входом программируемого блока управления и с выходом энергонезависимой памяти, блоком отслеживания критических ситуаций, выполненным с функцией выработки сигнала для блока отработки программы полета, который по получению данного сигнала загружает на выполнение программу полета, гарантирующую сохранение летательного аппарата, блоком формирования управляющих ШИМ сигналов рулевых механизмов, выполненным с возможностью реализации функции выработку ШИМ сигналов с заданной частотой и скважностью в зависимости от управляющего сигнала, поступающего с программируемого блока управления, а так же интерфейсным модулем для реализации обмена данными с внешними устройствами (патент РФ на полезную модель №68145, МПК G05D 1/10, 2007).A known automatic control system for an unmanned aerial vehicle, which contains a block of accelerometers for measuring linear accelerations of an object in a projection on the axis of a connected coordinate system, a block of angular velocity sensors for measuring angular velocities of an object in a projection on a axis of a connected coordinate system, a block of magnetic sensors for measuring a magnetic field vector Earth in projection on the axis of the associated coordinate system, temperature sensors for measuring the temperature of angular velocity sensors, accelerometers, magnesium tnny sensors, temperature of outside air; absolute pressure sensor and differential pressure sensor, unit for estimating altitude, airspeed and rate of climb, satellite navigation receiver for entering into the system information about the geographical coordinates of the aircraft’s location, units for measuring the external engine speed of the aircraft, as well as a programmable control unit. The system is also equipped with a multi-channel analog-to-digital converter, the outputs of these sensors are connected to the input, a sensor signal correction block, which is designed to compensate for errors in sensor readings caused by temperature drifts and irregularity of the sensor axes, to the input of which the outputs of a multi-channel analog-to-digital converter are connected, unit for evaluating the angular position of the object, performed with the function of evaluating the current angles of the position of the aircraft according to the parameters , roll and pitch, and the input of which is connected to the output of the sensor signal correction block, the PWM signal capture block, configured to receive control actions to the system from an external source that defines these actions, by the flight program processing unit, which is designed to track the current state of flight parameters and making decisions on changing the control circuit of the aircraft, and associated with the input of the programmable control unit and the output of non-volatile memory, critical tracking unit situations performed with the function of generating a signal for the flight program development block, which, upon receipt of this signal, loads the flight program for execution, which guarantees the preservation of the aircraft, by the block generating PWM steering steering signals, configured to implement the function of generating PWM signals with a given frequency and duty cycle depending on the control signal coming from the programmable control unit, as well as the interface module for implementing data exchange with external devices (RF patent for utility model No. 68145, IPC G05D 1/10, 2007).

Однако, указанная система имеет достаточно сложную схему, включающую блок магнитных датчиков, что приводит к ограничениям на ее применение.However, this system has a rather complicated scheme, including a block of magnetic sensors, which leads to restrictions on its use.

Наиболее близкой к предлагаемой системе является система измерения угловых положений летательного аппарата, содержащая датчики угловых скоростей и линейных ускорений, спутниковую навигационную систему и цифровой вычислитель. Цифровой вычислитель осуществляет синхронный прием данных от информационных систем и обеспечивает в реальном времени согласование траектории, формируемой по сигналам датчиков угловых скоростей и линейных ускорений, с траекторией, измеряемой спутниковой навигационной системой (RU №2244262, G05D 1/00, опубл. 10.01.2005).Closest to the proposed system is a system for measuring the angular positions of an aircraft containing angular velocity and linear acceleration sensors, a satellite navigation system and a digital computer. The digital computer synchronously receives data from information systems and provides real-time coordination of the trajectory generated by the signals of the angular velocity and linear acceleration sensors with the trajectory measured by the satellite navigation system (RU No. 224262, G05D 1/00, published January 10, 2005) .

Недостатком данной системы является то, что для вычисления угловых положений ЛА требуется наличие сигналов СНС.The disadvantage of this system is that for the calculation of the angular positions of the aircraft requires the presence of SNA signals.

Предлагаемая система объединяет в себе решение задачи управления и задачи определения положения самолета.The proposed system combines the solution of the control problem and the problem of determining the position of the aircraft.

Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении стабилизации БЛА относительно центра масс, формирование траектории с заданной высотой горизонтального полета, а также выполнение заданного профиля полета на участках, заданными поворотными пунктами маршрута. Система имеет возможность реализовывать различные модели управления БЛА и проводить управление БЛА в автоматическом и полуавтоматическом режимах.The technical result achieved in this case is to ensure the stabilization of the UAV relative to the center of mass, the formation of a trajectory with a given height of horizontal flight, as well as the implementation of a given flight profile in areas specified by turning points of the route. The system has the ability to implement various UAV control models and carry out UAV control in automatic and semi-automatic modes.

Указанный технический результат достигается тем, что система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, содержит датчики угловых скоростей по крену и курсу, датчики дифференциального и полного давления, аналого-цифровые преобразователи, вычислитель для программной обработки сигналов с датчиков и выработки управляющих сигналов, блоки формирования сигналов управления исполнительными механизмами, исполнительные механизмы, а также приемник спутниковой навигационной системы, при этом для вычисления углового положения БЛА она снабжена датчиками полного и дифференциального давления, выходы которых подсоединены к входам соответствующих аналого-цифровых преобразователей, которые в свою очередь подсоединены к вычислителю, который содержит программные блоки, позволяющие корректировать сигналы с ДУС и обеспечивать оценку углового положения ЛА без использования сигналов СНС, а также вычислитель содержит программные модули, содержащий вычитатели, пропорциональные и изодромные звенья, соединенные с блоками формирования сигналов ШИМ и исполнительными механизмами, позволяющими производить управление БЛА в каналах крена, курса и тангажа, а также система снабжена приемником спутниковой навигационной системы и модулем энергонезависимой памяти для введения в систему информации о географических координатах местоположения летательного аппарата.The specified technical result is achieved by the fact that the automatic control system of an unmanned aerial vehicle contains angular velocity sensors for roll and heading, differential and total pressure sensors, analog-to-digital converters, a computer for processing signals from sensors and generating control signals, control signal generation units actuators, actuators, and the receiver of the satellite navigation system, while calculating the angular position UAV it is equipped with sensors of full and differential pressure, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding analog-to-digital converters, which in turn are connected to a computer that contains program blocks that allow you to correct signals from the TLS and provide an estimate of the angular position of the aircraft without using SNA signals, and the calculator contains program modules containing subtractors, proportional and isodromic links connected to the PWM signal generation blocks and executive mechanisms to control the UAV in the roll, heading and pitch channels, and the system is equipped with a satellite navigation system receiver and a non-volatile memory module for introducing into the system information about the geographical coordinates of the location of the aircraft.

Система позволяет стабилизировать углы положения летательного аппарата, курс, скорость, высоту, скороподъемность, выполнять полет по заданной траектории с привязкой к географическим координатам. Система управления обеспечивает стабилизацию БЛА относительно центра масс, формирование траектории с заданной высотой горизонтального полета, а также выполнение заданного профиля полета на участках, заданными поворотными пунктами маршрута. Система имеет возможность реализовывать различные модели управления БЛА и проводить управление БЛА в автоматическом и полуавтоматическом режимах.The system allows you to stabilize the position angles of the aircraft, heading, speed, altitude, rate of climb, to perform a flight along a given path with reference to geographical coordinates. The control system provides stabilization of the UAV relative to the center of mass, the formation of a trajectory with a given height of horizontal flight, as well as the implementation of a given flight profile in the areas specified by turning points of the route. The system has the ability to implement various UAV control models and carry out UAV control in automatic and semi-automatic modes.

На фиг.1 - представлена блок-схема системы автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, на котором обозначено:Figure 1 - presents a block diagram of a system for automatic control of an unmanned aerial vehicle, which indicates:

1 - Датчик угловых скоростей по оси ОХ1 - Sensor of angular velocities along the axis OX

2 - Аналого-цифровой преобразователь сигналов с ДУС2 - Analog-to-digital signal converter with TLS

3 - Вычитатель3 - Subtractor

4 - Интегратор4 - Integrator

5 - Вычитатель5 - Subtractor

6 - Переключатель режимов управления «Автомат-Полуавтомат»6 - Switch control modes "Automatic Semi-automatic"

7 - Изодромное звено контура управления креном7 - Isodrome link roll control

8 - Блок Датчик угловых скоростей по оси OY8 - Block Sensor of angular velocities along the axis OY

9 - Аналого-цифровой преобразователь сигналов с ДУС9 - Analog-to-digital signal converter with TLS

10 - Блок вычисления предполагаемого угла крена10 - Estimated roll angle calculation unit

11 - Нелинейное звено11 - Nonlinear link

12 - Вычитающий сумматор12 - Subtracting adder

13 - Интегрирующее звено фильтра сигнала коррекции ДУС по оси ОХ13 - The integrating link of the filter of the correction signal TLS along the axis OX

14 - Ограничитель14 - Limiter

15 - Сумматор фильтра сигнала коррекции ДУС по оси ОХ15 - Adder filter signal correction TLS along the axis OX

16 - Пропорциональное звено фильтра сигнала коррекции ДУС по оси ОХ16 - Proportional link of the filter of the correction signal of the TLS along the axis OX

17 - Датчик дифференциального давления17 - Differential pressure sensor

18 - Аналого-цифровой преобразователь сигналов с датчика дифференциального давления18 - Analog-to-digital signal converter from a differential pressure sensor

19 - Вычислитель воздушной скорости19 - Airspeed Calculator

20 - Вычитатель20 - Subtractor

21 - Изодромное звено контура управления двигателем21 - Isodromic link of the engine control loop

22 - Датчик полного давления22 - Full pressure sensor

23 - Аналого-цифровой преобразователь сигналов с датчика полного давления23 - Analog-to-digital Converter signals from a full pressure sensor

24 - Вычислитель высоты барометрический24 - Barometric altitude calculator

25 - Дифференцирующее звено блока вычисления воздушной скорости25 - Differentiating link of the unit for calculating airspeed

26 - Фильтр НЧ 2 порядка26 - Filter LF 2 orders

27 - Пропорциональное звено блока вычисления воздушной скорости27 - Proportional link of the unit for calculating airspeed

28 - Вычитатель28 - Subtractor

29 - Изодромное звено контура управления высотой29 - Isodromic link height control loop

30 - Вычитатель.30 - Subtractor.

31 - Пропорциональное звено.31 - Proportional link.

32 - Ограничитель.32 - Limiter.

33 - Энергонезависимая память программ.33 - Non-volatile program memory.

34 - Интерфейсный модуль.34 - Interface module.

35 - Приемник СНС (GPS, Glonass).35 - SNA receiver (GPS, Glonass).

36 - Энергонезависимая память маршрута36 - Non-volatile route memory

37 - Блок навигации37 - Navigation block

38 - Блок формирования ШИМ сигналов контура управления креном38 - Block PWM signal formation of the roll control loop

39 - Исполнительный механизм - элероны39 - Actuator - ailerons

40 - Исполнительный механизм управления двигателем40 - Executive engine control mechanism

41 - Блок формирования ШИМ сигналов контура управления двигателем41 - Block generating PWM signals of the motor control loop

42 - Блок формирования ШИМ сигналов контура управления высотой42 - Block generating PWM signals of the height control loop

43 - Исполнительный механизм - руль высоты.43 - Actuator - elevator.

На фиг.2 показана связанная с БЛА система координат.Figure 2 shows the coordinate system associated with the UAV.

Микромеханические датчики угловых скоростей позволяют измерять угловые скорости объекта по двум осям связанной системы координат и путем их комплексной обработки совместно с сигналами с датчиков давления определять углы положения объекта. Управление объектом производятся программно реализованными контурами управления. В системе находится несколько контуров управления. Управляющие сигналы, формируемые системой, являются ШИМ-сигналами с изменяемым периодом и задаваемыми границами изменения скважности. Это позволяет использовать систему как для управления электродвигателями постоянного тока, так и для управления силовыми механизмами (сервоприводами), управляемыми ШИМ сигналами. Границы изменения длительности управляющего импульса являются настраиваемыми параметрами ШИМ формирователей.Micromechanical angular velocity sensors allow you to measure the angular velocity of an object along two axes of the associated coordinate system and, through their complex processing, together with signals from pressure sensors, determine the position angles of the object. Object management is performed by software-implemented control loops. There are several control loops in the system. The control signals generated by the system are PWM signals with a variable period and set limits for the duty cycle. This allows the system to be used both for controlling DC motors and for controlling power mechanisms (servos) controlled by PWM signals. The boundaries of the change in the duration of the control pulse are adjustable parameters of the PWM formers.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, демонстрирующим возможность достижения требуемого технического результата.This utility model is illustrated by a specific example of execution, demonstrating the possibility of achieving the desired technical result.

Система (фиг.1) состоит из двух датчиков угловых скоростей (ДУС) 1, 8, осуществляющих измерение угловых скоростей объекта в проекции на оси Х и Y связанной системы координат (фиг.2); датчика полного давления 22; датчика дифференциального давления 17. Все выходы датчиков подключены ко входам соответствующих аналого-цифровых преобразователей 2, 9, 18, 23. Сигнал с ДУС по оси OX 1 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, и далее на вход вычитателя 3.The system (Fig. 1) consists of two angular velocity sensors (DLS) 1, 8, which measure the angular velocities of an object in the projection on the X and Y axis of the associated coordinate system (Fig. 2); full pressure sensor 22; differential pressure sensor 17. All sensor outputs are connected to the inputs of the corresponding analog-to-digital converters 2, 9, 18, 23. The signal from the remote control system along the OX 1 axis is fed to the input of the analog-to-digital converter (ADC) 2, and then to the input of the subtractor 3.

На второй вход вычитателя 3 подается сигнал коррекции, вычисленный блоками 13, 14, 15, 16. В результате на выходе вычитателя 3 формируется сигнал, пропорциональный угловой скорости по оси ОХ связанной системы координат, свободный от дрейфа ДУС 1, а также от составляющей угловой скорости по оси OY в системе координат, связанной с землей (при ненулевом угле тангажа). Сигнал, пропорциональный угловой скорости по оси ОХ связанной системы координат далее поступает на интегратор 4, в котором вычисляется угол крена самолета путем интегрирования угловой скорости по оси ОХ. Данные о текущем угле крена поступают на вычитатель 5, который вычисляет ошибку между требуемым и текущим значением крена. Вычисленная ошибка поступает на изодромное звено 7, которое формирует управляющие воздействия через блок формирования ШИМ сигналов 38 на исполнительный механизм - элероны 39.A correction signal calculated by blocks 13, 14, 15, 16 is applied to the second input of the subtractor 3. As a result, a signal proportional to the angular velocity along the OX axis of the associated coordinate system is formed at the output of the subtractor 3, free from the drift of the SDS 1, as well as from the angular velocity component along the OY axis in the coordinate system associated with the earth (at a non-zero pitch angle). A signal proportional to the angular velocity along the OX axis of the associated coordinate system then goes to the integrator 4, which calculates the roll angle of the aircraft by integrating the angular velocity along the OX axis. Data on the current angle of heel is fed to a subtractor 5, which calculates the error between the desired and current value of the heel. The calculated error arrives at the isodromic link 7, which generates control actions through the block generating PWM signals 38 on the actuator - ailerons 39.

Сигнал с датчика угловых скоростей по оси OY 8 в связанной системе координат поступает на вход АЦП 9. Сигнал с ДУС 8 используется в системе коррекции показаний ДУС 1.The signal from the angular velocity sensor along the OY 8 axis in the associated coordinate system is fed to the input of the ADC 9. The signal from the CRS 8 is used in the correction system of the CRS 1 readings.

Коррекция показаний ДУС 1 происходит благодаря возможности вычислять крен самолета через связь радиуса разворота и воздушной скорости самолета. При интегрировании ДУС 1 неизбежно набегает ошибка, связанная со смещением нуля датчика угловых скоростей, шумами, и наличием ненулевого угла тангажа.Correction of the readings of the CRS 1 is due to the ability to calculate the roll of the aircraft through the connection of the radius of the turn and the airspeed of the aircraft. When integrating the CRS 1, an error inevitably occurs due to the zero offset of the angular velocity sensor, noise, and the presence of a nonzero pitch angle.

В общем виде сигнал с ДУС 1 по ОХ можно записать в следующем виде:In general, the signal from TLS 1 through OX can be written as follows:

, ,

Где ωX - угловая скорость на выходе датчика;Where ω X is the angular velocity at the output of the sensor;

ΩX - Истинная угловая скорость вдоль оси ОХ в связанной системе координат;Ω X - True angular velocity along the OX axis in the associated coordinate system;

Offset - Смещение (дрейф) нуля датчика;Offset - Offset (drift) of the sensor zero;

N - Шум датчика;N - Sensor Noise;

ΩY Угловая скорость вдоль нормальной оси ОY в системе координат, связанной с землей;Ω Y The angular velocity along the normal axis OY in the coordinate system associated with the earth;

Roll - угол крена самолета.Roll - roll angle of the aircraft.

Для правильного вычисления угла крена необходимо перед интегрированием вычесть все составляющие, не связанные с ΩX.For the correct calculation of the roll angle, it is necessary to subtract all components not related to Ω X before integration.

Для решения этой задачи угол крена самолета дополнительно вычисляется в блоке 10 с использованием сигналов с ДУС 8 вдоль оси ОY в связанной системе координат и информации о воздушной скорости с блока 19.To solve this problem, the roll angle of the aircraft is additionally calculated in block 10 using signals from the CRS 8 along the OY axis in the associated coordinate system and airspeed information from block 19.

Из уравнения динамики движения самолета известно, что радиус разворота вычисляется как (при координированном развороте):From the equation of the dynamics of movement of the aircraft it is known that the radius of the turn is calculated as (in a coordinated turn):

где, R - Радиус разворота;where, R - Radius of a turn;

U - Воздушная скоростьU - Airspeed

g - ускорение свободного падения (на Земле)g is the acceleration of gravity (at Earth)

Roll - Истинный угол крена самолетаRoll - True roll angle

Отсюда можно узнать угловую скорость вдоль нормальной оси OY (в системе координат, связанной с землей):From here you can find the angular velocity along the normal axis OY (in the coordinate system associated with the ground):

Длина окружности полного разворота Full-circle circumference

Время, за которое самолет выполнит полный разворот Time for the plane to complete a full U-turn

Угловая скорость вдоль нормальной оси ОY (в системе координат, связанной с землей) The angular velocity along the normal axis OY (in the coordinate system associated with the ground)

Угловая скорость в системе координат, связанной с самолетом (которую покажет ДУС, установленный по оси ОY) будет отличаться от ΩY из-за наличия угла крена.The angular velocity in the coordinate system associated with the aircraft (which will be shown by the TLS installed along the OY axis) will differ from Ω Y due to the angle of heel.

Угловая скорость, которую покажет ДУС по оси ОY с учетом крена может быть вычислена как The angular velocity shown by the TLS along the OY axis taking into account the roll can be calculated as

Отсюда вычислим угол крена:From here we calculate the angle of heel:

Именно такое вычисление выполняет блок 10.This calculation is performed by block 10.

Как видим в этом уравнении, ошибки, возникающие в ДУС 8 по оси ОY, не накапливаются, а лишь искажают результат измерения угла крена. Таким же образом на результат вычисления крена влияет и ошибка измерения воздушной скорости.As we see in this equation, errors that occur in the CRS 8 along the OY axis do not accumulate, but only distort the result of measuring the angle of heel. In the same way, the airspeed measurement error also affects the roll calculation result.

Вычисленный блоком 10 предполагаемый угол крена далее поступает на нелинейное звено 11, которое компенсирует неизбежное возникновение скольжения при больших углах крена (больше 30 градусов).The estimated roll angle calculated by block 10 then goes to the nonlinear link 11, which compensates for the inevitable occurrence of sliding at large roll angles (more than 30 degrees).

Вычисленный угол крена блоками (10, 11) сравнивается с вычисленным креном в результате интегрирования ДУС 1 по оси ОХ в блоке 12, в результате появляется сигнал ошибки вычисленного угла крена, который поступает на фильтр, состоящий из блоков 13, 14, 15, 16, представляющих собой модифицированное изодромное звено с добавлением ограничителя на выход интегратора.The calculated roll angle by blocks (10, 11) is compared with the calculated roll as a result of integration of the CRS 1 along the OX axis in block 12, as a result, an error signal of the calculated roll angle appears, which arrives at the filter consisting of blocks 13, 14, 15, 16, representing a modified isodromic link with the addition of a limiter to the output of the integrator.

Таким образом, за счет вычисления угла крена двумя различными способами (интегрированием ДУС 1 и комплексной обработкой сигналов с ДУС 8 и информации о воздушной скорости с блока 19) появляется возможность выделить смещение ДУС по оси ОХ и вычесть ее в блоке 3 перед интегратором 4.Thus, by calculating the angle of heel in two different ways (by integrating the TLS 1 and complex processing of the signals from the TLS 8 and airspeed information from block 19), it becomes possible to isolate the TLS offset along the OX axis and subtract it in block 3 in front of the integrator 4.

Сигнал с датчика дифференциального давления 17 используется для измерения воздушной скорости. Его сигнал поступает на вход АЦП 18, и далее на вычислитель воздушной скорости 19, в котором производится вычисление воздушной скорости по показаниям датчика дифференциального давления 17. Вычисленная в блоке 19 воздушная скорость используется в контуре стабилизации воздушной скорости (блоки 20, 21, 40, 41) и в системе коррекции крена (блоки 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16). Контур стабилизации скорости двигателя состоит из вычитателя 20, на входы которого поступают сигналы требуемой воздушной скорости от интерфейсного модуля 34, и информация о текущей воздушной скорости от модуля 19. Разность этих величин на выходе модуля 20 является сигналом ошибки воздушной скорости, и поступает на изодромное звено 21, формирующее сигнал управления двигателем через блок формирования ШИМ сигналов 41 на исполнительный механизм управления двигателем 40.The signal from the differential pressure sensor 17 is used to measure airspeed. Its signal is fed to the input of the ADC 18, and then to the airspeed calculator 19, in which the airspeed is calculated according to the readings of the differential pressure sensor 17. The airspeed calculated in block 19 is used in the airspeed stabilization circuit (blocks 20, 21, 40, 41 ) and in the roll correction system (blocks 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16). The engine speed stabilization circuit consists of a subtractor 20, the inputs of which receive the required airspeed signals from the interface module 34, and information about the current airspeed from module 19. The difference between these values at the output of module 20 is an airspeed error signal, and is sent to the isodromic link 21, which generates a motor control signal through a PWM signal generating unit 41 to an actuator 40.

Датчик полного давления 22 используется в системе для измерения барометрической высоты. Сигнал с датчика 22 поступает на вход АЦП 23, и далее в блок 24, выполняющий пересчет полного давления в информацию о барометрической высоте. Вычисленная барометрическая высота используется в контуре стабилизации высоты. Для поддержания заданной высоты без информации об угле тангажа в системе используется вычисление вертикальной скорости, которое осуществляется блоками 25, 26, 27. На вход дифференцирующего звена 25 поступает информация о барометрической высоте от блока 24. Поскольку сигнал содержит высокочастотные шумы, то после дифференцирования помимо сигнала вертикальной скорости на выходе блока 25 присутствуют усиленные шумы. Для подавления ВЧ составляющих с выхода блока 25 служит фильтр НЧ 2 порядка 26. Для пересчета вертикальной скорости в м/сек служит пропорциональное звено 27. Таким образом, на выходе блока 27 формируется сигнал вертикальной скорости. Для управления высотой вычисляется требуемая вертикальная скорость в блоках 30, 31, 32. В вычитателе 30 происходит сравнение текущей высоты (от блока 24) и требуемой высоты (от блока 34). На выходе вычитателя 30 формируется сигнал, пропорциональный ошибке высот. Этот сигнал поступает на пропорциональное звено 31, которое выполняет пересчет ошибки высот в требуемую вертикальную скорость. Выход пропорционального звена 31 подключен к ограничителю 32, который нужен для ограничения требуемой вертикальной скорости при больших ошибках высот. Ограничение требуемой вертикальной скорости связано с физическими возможностями самолета для обеспечения безопасного полета.The full pressure sensor 22 is used in the system for measuring barometric altitude. The signal from the sensor 22 is fed to the input of the ADC 23, and then to block 24, which performs the conversion of the total pressure into barometric altitude information. The calculated barometric altitude is used in the height stabilization loop. To maintain a given height without information about the pitch angle, the system uses the calculation of the vertical speed, which is carried out by blocks 25, 26, 27. The input of the differentiating link 25 receives information on the barometric height from block 24. Since the signal contains high-frequency noise, then after differentiation, in addition to the signal vertical speed at the output of block 25 there are amplified noises. To suppress the RF components from the output of block 25, a low-pass filter of order 26 is used. To convert the vertical speed to m / s, the proportional link 27 is used. Thus, a vertical speed signal is generated at the output of block 27. To control the height, the required vertical speed is calculated in blocks 30, 31, 32. In the subtractor 30, the current height (from block 24) and the required height (from block 34) are compared. At the output of the subtractor 30, a signal is generated proportional to the height error. This signal is supplied to the proportional link 31, which performs the conversion of the height error in the desired vertical speed. The output of the proportional link 31 is connected to the limiter 32, which is needed to limit the required vertical speed with large height errors. The limitation of the required vertical speed is associated with the physical capabilities of the aircraft to ensure safe flight.

Требуемая вертикальная скорость, зависящая от ошибки высот, формируется на выходе блока 32, и поступает на вычитатель 28, который формирует сигнал ошибки вертикальных скоростей. С выхода вычитателя 28 сигнал, пропорциональный ошибке вертикальных скоростей, поступает на изодромное звено 29, которое формирует сигнал на управление исполнительным механизмом - рулем высоты 43. Сигнал с блока 29 проходит через блок формирования ШИМ сигнала 42 и поступает на исполнительный механизм 43.The required vertical speed, depending on the error of heights, is formed at the output of block 32, and is fed to a subtractor 28, which generates an error signal of vertical speeds. From the output of the subtractor 28, a signal proportional to the error of vertical speeds is fed to the isodromic link 29, which generates a signal to control the actuator - elevator 43. The signal from block 29 passes through the PWM signal generating unit 42 and is transmitted to the actuator 43.

Для движения БЛА по заданной траектории в системе используется блок навигации 37. Данный блок принимает сигнал от приемника спутниковой навигационной системы (СНС) 35, а также от модуля энергонезависимой памяти 36, в которую заложен маршрут полета. Блок навигации 37 производит сравнение текущей и требуемой координаты, вычисляет требуемый курс, и в зависимости от ошибки между текущим курсом и требуемым курсом формирует сигнал требуемого крена, который поступает на переключатель режимов управления 6. На другой вход переключателя 6 поступает сигнал требуемого крена с интерфейсного модуля 34.To move the UAV along a given trajectory, the system uses a navigation unit 37. This unit receives a signal from the receiver of the satellite navigation system (SNA) 35, as well as from the non-volatile memory module 36, in which the flight route is laid. The navigation unit 37 compares the current and required coordinates, calculates the required course, and depending on the error between the current course and the desired course, generates the required roll signal, which is fed to the control mode switch 6. The signal of the required roll from the interface module is received at the other input of the switch 6 34.

Также от модуля 34 на переключатель 6 поступает сигнал выбора режима управления - «автоматический» или «полуавтоматический». Сигнал с выхода переключателя 6 поступает на вычитатель 5, на выходе которого формируется сигнал ошибки крена. В автоматическом режиме требуемый крен задается от блока навигации 37 с целью обеспечения движения БЛА по заданному маршруту, при этом переключатель 6 пропускает сигнал требуемого крена на вход блока 5 от блока 37, и блокирует сигнал требуемого крена от блока 34. В полуавтоматическом режиме требуемый крен задается интерфейсным модулем по командам оператора. В полуавтоматическом режиме переключатель 6 пропускает сигнал требуемого крена на вход блока 5 от блока 34, и блокирует сигнал требуемого крена от блока 37.Also, from the module 34, the switch 6 receives a signal for selecting a control mode - “automatic” or “semi-automatic”. The signal from the output of the switch 6 is fed to the subtractor 5, the output of which is the roll error signal. In automatic mode, the required roll is set from the navigation unit 37 in order to ensure UAV movement along a given route, while switch 6 passes the signal of the required roll to the input of block 5 from block 37, and blocks the signal of the required roll from block 34. In semi-automatic mode, the required roll is set interface module according to operator’s commands. In semi-automatic mode, the switch 6 passes the signal of the required bank to the input of block 5 from block 34, and blocks the signal of the required bank from block 37.

Таким образом, предлагаемая разработанная система позволяет использовать сокращенный набор датчиков. Для вычисления углов Эйлера (крен, тангаж, курс) используются только 2 ДУСа по осям X и Y, а также датчик высоты и воздушной скорости. Не требуется полная шестистепенная платформа инерциальных датчиков (3 акселерометра, 3 гироскопа), а также свободные гироскопы.Thus, the proposed developed system allows the use of a reduced set of sensors. To calculate Euler angles (roll, pitch, course), only 2 DUSs along the X and Y axes are used, as well as a height and airspeed sensor. It does not require a full six-degree platform of inertial sensors (3 accelerometers, 3 gyroscopes), as well as free gyroscopes.

Claims (1)

Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом, содержащая датчики угловых скоростей по крену и курсу, датчики дифференциального и полного давления, аналого-цифровые преобразователи, вычислитель для программной обработки сигналов с датчиков и выработки управляющих сигналов, блоки формирования сигналов управления исполнительными механизмами, исполнительные механизмы, а также приемник спутниковой навигационной системы, отличающаяся тем, что для вычисления углового положения беспилотного летательного аппарата (БЛА) она использует только два датчика угловых скоростей и датчики полного и дифференциального давления, выходы которых подсоединены к входам соответствующих аналого-цифровых преобразователей, которые в свою очередь подсоединены к вычислителю, который содержит программные блоки, позволяющие корректировать сигналы с датчиков угловых скоростей (ДУС) и обеспечивать оценку углового положения летательного аппарата (ЛА) без использования сигналов спутниковой навигационной системы (СНС), при этом вычислитель содержит программные модули, содержащие вычитатели, пропорциональные и изодромные звенья, соединенные с блоками формирования сигналов ШИМ и исполнительными механизмами, позволяющими производить управление БЛА в каналах крена, курса и тангажа, а также система снабжена приемником спутниковой навигационной системы и модулем энергонезависимой памяти для введения в систему информации о географических координатах местоположения летательного аппарата.
Figure 00000001
The automatic control system for an unmanned aerial vehicle, which includes roll and heading angular velocity sensors, differential and total pressure sensors, analog-to-digital converters, a computer for programmatically processing signals from sensors and generating control signals, control signal generation blocks for actuators, actuators, and also a satellite navigation system receiver, characterized in that for calculating the angular position of the unmanned aerial vehicle (UAV) it uses only two angular velocity sensors and full and differential pressure sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding analog-to-digital converters, which in turn are connected to a computer that contains program blocks that allow you to correct signals from the angular velocity sensors (DLS) ) and provide an estimate of the angular position of the aircraft (LA) without using the signals of the satellite navigation system (SNA), while the calculator contains program modules, containing subtractors, proportional and isodromic links connected to PWM signal generating units and actuators, allowing UAV control in roll, heading and pitch channels, and the system is equipped with a satellite navigation system receiver and a non-volatile memory module for introducing geographical coordinates information into the system aircraft locations.
Figure 00000001
RU2011105900/08U 2011-02-18 2011-02-18 AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT RU106971U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105900/08U RU106971U1 (en) 2011-02-18 2011-02-18 AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105900/08U RU106971U1 (en) 2011-02-18 2011-02-18 AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU106971U1 true RU106971U1 (en) 2011-07-27

Family

ID=44753890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011105900/08U RU106971U1 (en) 2011-02-18 2011-02-18 AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU106971U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714977C1 (en) * 2018-10-22 2020-02-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" Automatic drone method and system
RU2728451C1 (en) * 2019-12-06 2020-07-29 Александр Викторович Атаманов Aircraft takeoff and landing aircraft safety system
RU220061U1 (en) * 2023-02-21 2023-08-23 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ANGULAR STABILIZATION SYSTEM

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714977C1 (en) * 2018-10-22 2020-02-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" Automatic drone method and system
RU2728451C1 (en) * 2019-12-06 2020-07-29 Александр Викторович Атаманов Aircraft takeoff and landing aircraft safety system
RU220061U1 (en) * 2023-02-21 2023-08-23 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ANGULAR STABILIZATION SYSTEM

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113945206B (en) Positioning method and device based on multi-sensor fusion
CN109885080B (en) Autonomous control system and autonomous control method
CN102508493B (en) Flight control method for small unmanned aerial vehicle
CN104808231B (en) Unmanned plane localization method based on GPS Yu light stream Data Fusion of Sensor
CN202939489U (en) Multi-rotor autobalance flight controller
AU2013302738A1 (en) Estimating a wind vector
US20220326720A1 (en) Method and system for hovering control of unmanned aerial vehicle in tunnel
CN106774374B (en) Automatic unmanned aerial vehicle inspection method and system
RU68145U1 (en) AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT
CN103712598A (en) Attitude determination system and method of small unmanned aerial vehicle
CN110941285A (en) Unmanned aerial vehicle flight control system based on two IP cores
RU161470U1 (en) AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT
RU2564379C1 (en) Platformless inertial attitude-and-heading reference
Kim et al. Improved optical sensor fusion in UAV navigation using feature point threshold filter
RU106971U1 (en) AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT
RU137814U1 (en) AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED AIRCRAFT
RU2487318C1 (en) Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy
CN112639399A (en) Height detection method, compensation amount determination method and device and unmanned aerial vehicle
Emran et al. A cascaded approach for quadrotor's attitude estimation
Zhang et al. Multi-sensory motion estimation and control of an autonomous quadrotor
CN108037764B (en) Active disturbance rejection flight position control method for unmanned helicopter
TWI805141B (en) Positioning method and device for unmanned aerial vehicles
US20220308597A1 (en) System and method for tilt dead reckoning
Izzo et al. Nonlinear model predictive control applied to vision-based spacecraft landing
Wang et al. Uav attitude measurement based on enhanced mahony complementary filter

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20120219