无人机飞行控制系统的制作方法
【专利摘要】一种无人机飞行控制系统，接收机输入装置接收给定轨迹命令并传输至飞行控制装置，定位装置获取无人机的地理位置信息并发送至飞行控制装置，传感器装置采集无人机的飞行参数并发送至飞行控制装置。飞行控制装置输出电机控制信号至电调电机装置，控制电调电机装置调整无人机的飞行参数，实现对无人机的位置和姿态的控制。操作人员只需发送定轨迹命令至接收机输入装置，无需实时观察无人机当前位置，飞行控制装置根据获取的信息控制电调电机装置调整无人机的飞行参数，可实时对无人机的位置和姿态进行调整，提高了控制准确度。
【专利说明】无人机飞行控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无人机【技术领域】，特别是涉及一种无人机飞行控制系统。
【背景技术】
[0002]无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。由于其无需人员驾驶，所以能执行更危险的任务，无人机技术广泛的应用在侦查搜索领域。
[0003]传统的无人机飞行控制系统包括无线遥控器、控制装置和驱动装置。操作人员根据无人机的当前位置，通过无线遥控器发送控制参数至安装在无人机上的控制装置，控制装置根据控制参数控制驱动装置调节无人机的飞行参数，从而实现无人机无线控制。由于需要操作人员观察无人机当前位置调整控制参数，传统的无人机飞行控制系统存在控制准确度低的缺点。
实用新型内容
[0004]基于此，有必要针对上述问题，提供一种控制准确度高的无人机飞行控制系统。
[0005]一种无人机飞行控制系统，包括接收机输入装置、定位装置、传感器装置、飞行控制装置和电调电机装置，所述接收机输入装置、定位装置、传感器装置和电调电机装置均与所述飞行控制装置连接。
[0006]上述无人机飞行控制系统，接收机输入装置接收给定轨迹命令并传输至飞行控制装置，定位装置获取无人机的地理位置信息并发送至飞行控制装置，传感器装置采集无人机的飞行参数并发送至飞行控制装置。飞行控制装置输出电机控制信号至电调电机装置，控制电调电机装置调整无人机的飞行参数，实现对无人机的位置和姿态的控制。操作人员只需发送定轨迹命令至接收机输入装置，无需实时观察无人机当前位置，飞行控制装置根据获取的信息控制电调电机装置调整无人机的飞行参数，可实时对无人机的位置和姿态进行调整，与传统的无人机飞行控制系统相比，提高了控制准确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为一实施例中无人机飞行控制系统的结构图；
[0008]图2为另一实施例中无人机飞行控制系统的结构图；
[0009]图3为一实施例中无人机飞行控制系统的控制原理图；
[0010]图4为图3中姿态模糊PID控制器的原理图；
[0011]图5为又一实施例中无人机飞行控制系统的结构图。
【具体实施方式】
[0012]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0013]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的【技术领域】的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
[0014]—种无人机飞行控制系统，用作控制无人机飞行的位置和姿态，无人机可以是四旋翼无人机等。如图1所示，包括接收机输入装置110、定位装置120、传感器装置130、飞行控制装置140和电调电机装置150，接收机输入装置110、定位装置120、传感器装置130和电调电机装置150均与飞行控制装置140连接。
[0015]接收机输入装置110用于接收给定轨迹命令并传输至飞行控制装置140。给定轨迹命令即是指调整无人机的飞行轨迹和飞行目的地的控制指令，可由操作人员通过遥控设备发送。本实施例中接收机输入装置110接收的给定轨迹命令为PPM (pulse posit1nmodulat1n,脉位调制)信号，包含无人机在副翼、横滚、俯仰、偏航以及辅助通道的控制量，从而实现手动控制无人机。
[0016]定位装置120用于获取无人机的地理位置信息并发送至飞行控制装置140。本实施例中定位装置120为GPS (Global Posit1ning System，全球定位系统)定位装置，可及时、准确获取无人机当前的地理位置信息。可以理解，在其他实施例中，定位装置120也可以是其他地理位置信息获取装置。
[0017]传感器装置130用于采集无人机的飞行参数并发送至飞行控制装置140。本实施例中传感器装置130具体可包括均与飞行控制装置140连接的陀螺仪、加速度传感器、罗盘、测速传感器和飞行高度传感器，飞行参数包括机身三轴角速率、机身三轴线加速度、机身航向及姿态信息、电机转速和无人机的飞行高度。其中，陀螺仪用于测量机身三轴角速率，加速度传感器用于测量机身三轴线加速度，罗盘用于测量机身航向及姿态信息，测速传感器用于检测电机转速，飞行高度传感器用于检测无人机的飞行高度。可以理解，传感器装置130所包括的具体器件的种类及位置可根据需要采集的飞行参数的种类进行调整。
[0018]飞行控制装置140用于根据给定轨迹命令和地理位置信息生成姿态角调整数据，并根据姿态角调整数据和飞行参数生成电机控制信号至电调电机装置150，控制电调电机装置150调整无人机的飞行参数，实现无人机的位置和姿态控制，从而实现对无人机更加稳定和精确的控制，具有很好的抗干扰性。
[0019]在其中一个实施例中，如图2所示，电调电机装置150包括电机调速器152和驱动电机154，驱动电机154通过电机调速器152与飞行控制装置140连接。电机调速器152根据飞行控制装置140发送的电机控制信号输出对应的驱动信号至驱动电机154，使驱动电机154到达指定转速，传感器装置130中的测速传感器对应检测驱动电机154的转速并反馈给飞行控制装置140，实现无人机的位置和姿态控制。本实施例中驱动电机154为无刷直流电机，体积小可节省空间，且具有低速大转矩特性，可直接用于驱动无人机飞行，降低生产成本。
[0020]电机调速器152和驱动电机154的数量根据无人机的类型可进行调整。以无人机为四旋翼无人机为例，本实施例中电机调速器152和驱动电机154均为4个，每一个驱动电机154分别通过一个电机调速器152与飞行控制装置140连接。飞行控制装置140输送的电机控制信号包括四路PWM控制信号，分别用于控制电机调速器152驱动四个驱动电机154工作，保持四旋翼无人机稳定飞行。
[0021]飞行控制装置140作为无人机飞行控制系统的核心部分，在每个控制周期内实时处理传感器装置130采集的飞行参数以及定位装置120获取的无人机位置信息，完成双模糊 PID (proport1n-1ntegrat1n-differentiat1n，比例-积分-微分)自整定控制算法，得到无人机的姿态位置信息，结合接收机输入装置110接收的给定轨迹命令，计算出控制量，生成电机控制信号。
[0022]无人机系统的平移运动不会引起姿态角的变化，但姿态角的变化会导致无人机的平动。在对无人机飞行器进行控制时，首先考虑无人机飞行器的旋转运动，因为旋转运动是独立的，然后将无人机飞行器的平动运动。整个系统分为两个部分，即内环角运动和外环线运动。如图3所示，回路I为无人机飞行控制系统内环的姿态控制回路，回路2为无人机飞行控制系统外环的位置控制回路，当系统接受到给定轨迹命令后，位置控制回路根据采集到的无人机参数计算出系统所要改变的姿态角，然后输入到回路I中，回路I再计算驱动电机154的相应控制量，这样整个系统就可以实现无人机位置和姿态的控制。
[0023]模糊控制主要是模仿专家经验而不依赖于控制对象的模型，主要研宄定性的、模糊的、非精确的信息系统的控制问题，飞行控制装置140采用的模糊PID自整定控制系统由PID控制系统和模糊控制环节组成。以内环的姿态控制系统为例，如图4所示，根据位置控制回路得到姿态角的期望值Θ。，将其与实际测量值Θ的偏差作为PID控制系统和模糊控制系统的输入。在模糊控制系统中，将其偏差和偏差的变化率作为输入变量，经模糊化后转换为模糊子集，再利用专家库进行模糊推理得到输出量的模糊子集，再经解模糊化后得到精确的输出控制量Λ Kp,Δ Ki,Δ Kd,自动校正初始的PID参数Kp、K1、Kd，然后用校正后的参数输入PID控制系统得到控制量作用于被控对象。外环的位置控制系统与此类似。
[0024]上述无人机飞行控制系统，接收机输入装置110接收给定轨迹命令并传输至飞行控制装置140，定位装置120获取无人机的地理位置信息并发送至飞行控制装置140，传感器装置130采集无人机的飞行参数并发送至飞行控制装置140。飞行控制装置140输出电机控制信号至电调电机装置150，控制电调电机装置150调整无人机的飞行参数，实现对无人机的位置和姿态的控制。操作人员只需发送定轨迹命令至接收机输入装置，无需实时观察无人机当前位置，飞行控制装置根据获取的信息控制电调电机装置调整无人机的飞行参数，可实时对无人机的位置和姿态进行调整，与传统的无人机飞行控制系统相比，提高了控制准确度。
[0025]在其中一个实施例中，无人机飞行控制系统还包括与接收机输入装置110进行无线通信的遥控设备，用户可通过遥控装置发送给定轨迹命令至接收机输入装置110。本实施例中遥控设备为2.4G遥控器，接收机输入装置110为2.4G接收装置，抗干扰能力强，信号传输距离远。
[0026]在其中一个实施例中，如图5所示，无人机飞行控制系统还包括与飞行控制装置140连接的无线传输装置160。飞行控制装置140接收到传感器装置130采集的飞行参数后通过无线传输装置160发送，具体可以是发送至终端显示设备进行监控显示，或者发送至数据库服务器进行存储，提高了无人机飞行控制系统的数据传输便利性。
[0027]进一步地，无人机飞行控制系统还可包括与无线传输装置160进行无线通信的监控装置，用于实时显示无线传输装置160发送的飞行数据，便于对无人机进行监控、及时进行参数调整及飞行控制等，提高操作便利性。
[0028]在其中一个实施例中，继续参照图5，无人机飞行控制系统还包括供电装置170，供电装置170与飞行控制装置140和电调电机装置150连接，用于为飞行控制装置140和电调电机装置150提供工作电压。
[0029]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括接收机输入装置、定位装置、传感器装置、飞行控制装置和电调电机装置，所述接收机输入装置、定位装置、传感器装置和电调电机装置均与所述飞行控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述传感器装置包括均与所述飞行控制装置连接的陀螺仪、加速度传感器、罗盘、测速传感器和飞行高度传感器。
3.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述电调电机装置包括电机调速器和驱动电机，所述驱动电机通过所述电机调速器与所述飞行控制装置连接。
4.根据权利要求3所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述驱动电机为无刷直流电机。
5.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括与所述接收机输入装置进行无线通信的遥控设备。
6.根据权利要求5所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述遥控设备为2.4G遥控器，所述接收机输入装置为2.4G接收装置。
7.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括与所述飞行控制装置连接的无线传输装置。
8.根据权利要求7所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括与所述无线传输装置进行无线通信的监控装置。
9.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述定位装置为GPS定位
目.ο
10.根据权利要求1至9任意一项所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括供电装置，所述供电装置与所述飞行控制装置和电调电机装置连接。
【文档编号】G05D1/10GK204178240SQ201420687441
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】张长隆, 阳舜 申请人:湖南基石信息技术有限公司