专利名称：小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统。
背景技术：
无人直升机依靠旋翼的旋转产生升力和控制力，因此无人直升机能够实现空中悬停、低空、低速飞行、垂直起降等功能。即使在发动机故障的情况下，也可以通过旋翼自旋下滑着陆。无人直升机得天独厚的优势引起了全世界的关注，无论是军事还是民用领域都出现了许多比较优秀的无人直升机，比如军事应用中具有代表性的美国“火力侦察兵”无人直升机，民用领域中具有代表性的奥地利“S100”无人直升机和日本雅马哈无人直升机。无人直升机应用于农药喷洒是农用机械的一次重大革命，与其它施药设备相比，无人直升机低空施药大大提高了工作效率，降低劳动强度，减少施药设备进入田地对农作物的碾压损失。同时无人直升机高速的旋翼下洗气流能够将农药均匀的喷洒到作物的正反面，能够在最大程度上发挥农药的功效。无人直升机的操纵方式一般有遥控与程控两种方式，遥控指操作手通过遥控设备直接操纵无人直升机的倾斜盘来控制其飞行；程控是指由无人直升机的机载飞控计算机控制其飞行。由于直升机的稳定性差，操纵难度大，只有经过长期培训的高水平操作手才能够人工操纵无人直升机进行喷洒作业，因此无人直升机应用于农药喷洒能否成功推广的关键就是飞机的易操纵性。 本发明针对小型无人直升机应用于农药喷洒的特点，通过飞行控制系统的作用更改无人直升机的操纵模式，降低无人直升机的操纵难度，使无人直升机更适合低空农药喷洒作业。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种最大限度降低操作手的操纵难度和劳动强度的小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统。本发明的目的是通过以下技术方案来实现
一种小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，包括地面遥控设备、遥控接收机、机载飞行控制计算机、惯性测量单元(IMU)、磁罗盘、GPS模块、气压高度计，所述地面遥控设备与遥控接收机通过无线信号进行数据传输，地面遥控设备将控制杆位置信号发送给遥控接收机，机载飞行控制计算机采集遥控接收机输出的控制杆位置信号，并将控制杆位置信号转化为飞行控制系统对应的控制通道的速度指令，所述速度指令包括纵向速度指令、横向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令，所述机载飞行控制计算机与遥控接收机、惯性测量单元(MU)、磁罗盘、GPS模块、气压高度计连接，并且由所述机载飞行控制计算机将执行命令输出给执行舵机。所述控制通道包括纵向通道、横向通道、总距通道和航向通道。所述纵向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、纵向速度控制回路、姿态控制回路、前馈补偿回路，纵向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与纵向速度控制回路的输入端连接，所述纵向速度控制回路的输出端分别与姿态控制回路、前馈补偿回路连接，所述姿态控制回路、前馈补偿回路输出纵向周期变距信号。所述横向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、横向速度控制回路、姿态控制回路、前馈补偿回路，横向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与横向速度控制回路的输入端连接，所述横向速度控制回路的输出端分别与姿态控制回路、前馈补偿回路连接，所述姿态控制回路、前馈补偿回路输出横向周期变距信号。所述总距通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器和垂向速度控制回路，垂向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与垂向速度控制回路的输入端连接，所述垂向速度控制回路同时接 收俯仰角信号和滚转角信号，垂向速度控制回路输出总距信号。所述航向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、航向速度控制回路和总距-尾桨补偿模块，航向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与航向速度控制回路的输入端连接，所述航向速度控制回路的输入端还与总距-尾桨补偿模块连接，航向速度控制回路输出尾桨距信号。本方案利用常规航模无线遥控设备，采用单链路设计。本专利利用无人直升机进行低空施药能够大大提高农药喷洒效率、增加农药效果、降低喷洒对作物造成的损失，同时也为国家提倡的统防统治提供一种高效的操作手段。无人直升机应用于农药喷洒进行大面积推广困难的主要原因是无人直升机的操纵难度较大，需要经过长期专业培训的操作人员方能胜任。本专利的技术方案通过飞控系统将原来遥控器杆直接对应控制舵面的方式更改为遥控器杆对应飞机的飞行速度。将小型无人直升机的飞行操纵傻瓜化，使一个没有任何经验的人经过短期简单培训即可操纵飞行进行喷洒作业。从而为小型无人直升机进行农药喷洒作业的大面积推广提供技术保障。
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。图I为本发明所述小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统的结构图。图2是纵向通道控制流程图。图3是横向通道控制流程图。图4是总距通道控制流程图。图5是航向通道控制流程图。图6是地面遥控设备控制流程图。
具体实施例方式如图I、图6所示，本发明实施例所述的小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，包括地面遥控设备、遥控接收机、机载飞行控制计算机、惯性测量单元(MU)、磁罗盘、GPS模块、气压高度计，所述地面遥控设备与遥控接收机通过无线信号进行数据传输，地面遥控设备将控制杆位置信号发送给遥控接收机，机载飞行控制计算机采集遥控接收机输出的控制杆位置信号，并将控制杆位置信号转化为飞行控制系统对应的控制通道的速度指令，所述速度指令包括纵向速度指令、横向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令，所述机载飞行控制计算机与遥控接收机、惯性测量单元(IMU)、磁罗盘、GPS模块、气压高度计连接，并且由所述机载飞行控制计算机将执行命令输出给执行舵机。本方案利用常规航模无线遥控设备，采用单链路设计，通过机载飞控计算机采集航模遥控接收机输出的PWM信号获取遥控器控制杆的位置信号。飞控计算机将杆位置信号转换为飞控系统对应通道的速度指令。飞控计算机同时采集机载传感器设备的数据计算出无人直升机当前的姿态、角速率、加速度、速度、位置和高度信号。将遥控器给定的指令信号和飞机当前的实际状态进行对比，通过控制算法计算出各个舵机的控制量，控制飞机按操作手给定的速度飞行。
小型农药喷洒无人直升机控制通道分为纵向通道、横向通道、总距通道和航向通道。各通道详细控制流程如下
如图2所示，所述纵向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、纵向速度控制回路、姿态控制回路、前馈补偿回路，纵向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与纵向速度控制回路的输入端连接，所述纵向速度控制回路的输出端分别与姿态控制回路、前馈补偿回路连接，所述姿态控制回路、前馈补偿回路输出纵向周期变距信号。如图3所示，所述横向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、横向速度控制回路、姿态控制回路、前馈补偿回路，横向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与横向速度控制回路的输入端连接，所述横向速度控制回路的输出端分别与姿态控制回路、前馈补偿回路连接，所述姿态控制回路、前馈补偿回路输出横向周期变距信号。如图4所示，所述总距通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器和垂向速度控制回路，垂向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与垂向速度控制回路的输入端连接，所述垂向速度控制回路同时接收俯仰角信号和滚转角信号，垂向速度控制回路输出总距信号。如图5所示，所述航向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、航向速度控制回路和总距-尾桨补偿模块，航向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与航向速度控制回路的输入端连接，所述航向速度控制回路的输入端还与总距-尾桨补偿模块连接，航向速度控制回路输出尾桨距信号。本方案利用常规航模无线遥控设备，采用单链路设计。本专利利用无人直升机进行低空施药能够大大提高农药喷洒效率、增加农药效果、降低喷洒对作物造成的损失，同时也为国家提倡的统防统治提供一种高效的操作手段。无人直升机应用于农药喷洒进行大面积推广困难的主要原因是无人直升机的操纵难度较大，需要经过长期专业培训的操作人员方能胜任。本专利的技术方案通过飞控系统将原来遥控器杆直接对应控制舵面的方式更改为遥控器杆对应飞机的飞行速度。将小型无人直升机的飞行操纵傻瓜化，使一个没有任何经验的人经过短期简单培训即可操纵飞行进行喷洒 作业。从而为小型无人直升机进行农药喷洒作业的大面积推广提供技术保障。
权利要求
1.一种小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，包括地面遥控设备、遥控接收机、机载飞行控制计算机、惯性测量单元(MU)、磁罗盘、GPS模块、气压高度计，其特征在于，所述地面遥控设备与遥控接收机通过无线信号进行数据传输，地面遥控设备将控制杆位置信号发送给遥控接收机，机载飞行控制计算机采集遥控接收机输出的控制杆位置信号，并将控制杆位置信号转化为飞行控制系统对应的控制通道的速度指令，所述速度指令包括纵向速度指令、横向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令，所述机载飞行控制计算机与遥控接收机、惯性测量单元(MU)、磁罗盘、GPS模块、气压高度计连接，并且由所述机载飞行控制计算机将执行命令输出给执行舵机。
2.如权利要求I所述的小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，其特征在于，所述控制通道包括纵向通道、横向通道、总距通道和航向通道。
3.如权利要求2所述的小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，其特征在于，所述纵向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、纵向速度控制回路、姿态控制回路、前馈补偿回路，纵向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与纵向速度控制回路的输入端连接，所述纵向速度控 制回路的输出端分别与姿态控制回路、前馈补偿回路连接，所述姿态控制回路、前馈补偿回路输出纵向周期变距信号。
4.如权利要求2所述的小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，其特征在于，所述横向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、横向速度控制回路、姿态控制回路、前馈补偿回路，横向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与横向速度控制回路的输入端连接，所述横向速度控制回路的输出端分别与姿态控制回路、前馈补偿回路连接，所述姿态控制回路、前馈补偿回路输出横向周期变距信号。
5.如权利要求2所述的小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，其特征在于，所述总距通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器和垂向速度控制回路，垂向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与垂向速度控制回路的输入端连接，所述垂向速度控制回路同时接收俯仰角信号和滚转角信号，垂向速度控制回路输出总距信号。
6.如权利要求2所述的小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，其特征在于，所述航向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、航向速度控制回路和总距-尾桨补偿模块，航向杆位置信号同时输送给速度指令生成器和微分器，所述微分器与限幅器串联后再与速度指令生成器并联，并联后与航向速度控制回路的输入端连接，所述航向速度控制回路的输入端还与总距-尾桨补偿模块连接，航向速度控制回路输出尾桨距信号。
全文摘要
一种小型农药喷洒无人直升机飞行操控系统，包括地面遥控设备、遥控接收机、机载飞行控制计算机、惯性测量单元(IMU)、磁罗盘、GPS模块、气压高度计，所述地面遥控设备与遥控接收机通过无线信号进行数据传输，地面遥控设备将控制杆位置信号发送给遥控接收机，机载飞行控制计算机采集遥控接收机输出的控制杆位置信号，并将控制杆位置信号转化为飞行控制系统对应的控制通道的速度指令，所述速度指令包括纵向速度指令、横向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令。本发明利用无人直升机进行低空施药能够大大提高农药喷洒效率、增加农药效果、降低喷洒对作物造成的损失。
文档编号G05D1/10GK102749926SQ20121024091
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者沈建平, 黄时建, 黄海 申请人:无锡汉和航空技术有限公司