一种翼伞无人机飞行控制器的制造方法_2

文档序号:9646245阅读:来源:国知局
源分两模块,一模块是导航控制器的指令,包括航线航点信息、任务命令、载荷命令等;另一模块是遥控设备的指令,包括遥控器的各种动作。其中前者是本发明的主要工作模式,地面操作人员通过简单的操作就能将自己的意图实现。而后者用于特殊情况需要人工干预飞行时使用。增稳控制回路可以使无人翼伞的飞行稳定性、可操纵性等得到较大的改善。导航算法采用侧偏距加航向角作为无人机的偏航角指令对无人机位置进行修正。航线依据控制指令自动生成,航线规划信息由地面站模块上传。本发明所述的通信模块的模式采用分层架构,在软件结构上,数据通信和数据处理分为两个层次,各信道的通信都在数据通信层完成,而数据处理层完成下层上传数据的解读,以及其上层下传数据的封包。地面站模块和人员只和数据处理层交互信息,完美屏蔽不同接口的差异,例如串口、网络,usb和蓝牙等通信接口,对地面站模块和人员来说是一样的操作方式。
[0023]航迹规划与航迹控制由GPS/北斗、气压高度计等传感器确定无人翼伞的适时定位信息,翼伞在编程轨迹与航迹规划程序下完成航迹控制,使翼伞能在未知区域内超视距自主飞行。这种控制模式是无人翼伞自主飞行的最终体现。
[0024]本发明中需要采集的控制指令分两部分,一部分是任务规划的指令,包括航线航点信息、任务命令、载荷命令等;另一部分是遥控设备的指令,包括遥控器的各种动作。其中前者是本发明的主要工作模式,地面操作人员通过简单的操作就能将自己的意图实现。而后者用于特殊情况需要人工干预飞行时使用。这里同样采用分层方法,不管是那种命令的采集对上层都是屏蔽的。指令上传是将控制指令数据交给数据显示模块和通信模块,是数据采集的上一层。
[0025]还包括有用于执行飞控导航计算机发出的控制指令,并控制翼伞无人机飞行状态进行变化的执行机构;所述的执行机构是无人翼伞研制时需要重点关注的内容,执行机构性能的优劣直接影响到翼伞系统性能的发挥。在飞行控制系统中,伺服舵机一般被设计成一个位置伺服系统。因此伺服控制器主要负责对位置传感器的反馈信息进行解调、滤波等处理,再与控制信号综合,通过一定的控制律产生控制量。该控制量经过功率放大后,驱动舵机,经过传动机构带动舵机的旋转,控制翼伞飞行。
[0026]在研制前需要对操纵量进行精确的标定,此为研制无人翼伞系统的一个重要工作,单此一项工作可能要花费几个月的时间。操纵量的标定是指给定控制量与实际操纵量之间的对应关系。通过操纵量的标定,可以达到三个目的:
使得给定量与实际变距量相对应,方便控制解算;
能够从舵机位置反馈信息中计算出操纵量的大小,方便实时测;
利用标定结果对操纵量输出进行电气限幅,防止机械卡死。
[0027]用于链接地面站模块和机载设备之间通信的地面测控链路通信模块和用于时刻与地面操作人员互动的地面站模块;所述的用于地面站模块地面站模块包括人机交互模块和数据上传模块,人机交互模块同样采用易于理解的交互方式,将操作人员的意图转化为数据信息,交给翼伞无人机执行。数据上传模块是将操作人员指令交给数据通信模块,是与数据通信的接口。数据上传模块是将操作人员指令交给数据通信模块,数据上传模块是与数据通信的接口 ;地面站模块是本发明的重要模块,因为本发明区别与其它翼伞控制器,控制器需要时刻与地面操作人员互动,而不像其它翼伞投放后只能在地面等着,所以本发明中的地面站模块承担了很重要的任务。
[0028]具体来说地面站模块包括和地面测控链路通信模块、数据显示模块和控制模块。其中对系统来说最重要的是链路通信模块,其保证了数据通信的可靠性,因此这里采用多接口多协议冗余方案,地面站模块可以通过串口、网路和usb三种通信模式和测控通信。在软件上采用分层的架构,数据通信和数据处理分为两个层次,各通道的通信都在数据通信层完成,而数据处理层完成下层上传数据的解读,和更上层下传数据的封包,软件其它模块只和数据处理层交互信息,屏蔽不同接口的差异。
[0029]所述的数据采集模块的输出端通过模数转换模块连接飞控导航计算机的输入端,飞控导航计算机的输出端连接执行机构的控制器信号输入端。所述的数据采集模块由设在在无人机上的导航传感器、三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力机、温度传感器和气压高度计组成的传感器组构成。所述的传感器组依据飞控导航子系统的功能,需要对翼伞无人机的姿态角、迎角、侧滑角、三轴角速率、三轴加速度、飞行高度和速度、位置等参数进行测量。在选用传感器时则采用陀螺仪、加速度计、高度计、北斗等传感器。随着传感器技术的进步和高可靠性的要求,当前的传感器向着集成化、智能化方向发展,传感器组则由传统的分散结构向综合化信息系统方向发展。传感器组不再是几个传感器的简单罗列,而是一个以微处理器为核心的,应用信息融合技术的,具有一定故障在线检测和容错能力的智能信息采集系统,该系统能够为飞行控制提供更加准确、有效的飞行信息。
[0030]在传感器选定后,必须对传感器进行标定,因为其精度对控制系统的品质有很大的影响。飞行控制系统中所采用的传感器都应该用专门的测试标定装置(如三轴电动转台等)进行标定。在所有的传感器装机后还应该进行全面测试,以保证在机载环境下工作正常。由于半物理仿真试验的环境和机载环境不完全一样,特别是对于磁航向计这种对周围铁磁场比较敏感的器件,应该重新标定,然后按照标定的结果进行测量补偿。陀螺仪是飞行控制系统的主要传感器,对于安装的位置和方向有严格的要求,应该保证机体处于水平状态的时候,其输出姿态角几乎为零。在传感器接口设计时,应优先采用数字式传感器,具有接口简单、高可靠性和测量精度的特点,使得传感器标定大大的简化。
[0031]所述的数据输入输出处理器用于采集翼伞的三轴姿态信息、位置信息、三轴线速度信息、三轴角速率信息、三轴加速度信息、三轴风速信息以及高度信息,并发送上述信息到惯性解算处理器。
[0032]所述的执行机构包括左操纵绳、右操纵绳、后缘加速绳、后缘操纵绳、伺服舵机、传动机构带动舵机和翼伞操控模块;所述的翼伞操控模块用于操纵左右操纵绳实现翼伞左右拐弯与速度控制;操纵后缘加速绳改变迎角实现速度控制;操纵后缘操纵绳实现升阻比控制。
[0033]所述的地面站模块包括用于保证数据通信可靠性的地面测控链路通信模块、用于将翼伞无人机的位置和飞行姿态等数据进行显示的数据显示模块和对翼伞无人机进行任务规划和遥控动作进行控制的地面站,所述地面站通过地面测控链路通信模块与飞控导航计算机相连接。其中,地面测控链路通信模块负责地面站模块和机载设备之间的通信,分为飞行数据链路和任务载荷链路,其中飞行数据链路一般数据量小但实时性要求很高,而任务载荷数据一般为图像、视频之类的数据,数据量大而实时性要求相对不严格。一般来说传统做法是将两种数据分开用不同的设备传输,现在也有将两种数据混合,依据数据频率特性不同进行频分,用一套设备传输,这是地面测控链路通信模块的发展趋势。考虑本飞控器的发展前途,本发明采用一套设备频分传输的方案。
[0034]数据显示模块主要是软件的功能,如将翼伞无人机的位置在电子地图上显示,将飞行姿态在Pfd仪表盘显示,以及各种飞行数据的人性化显示。其主要功能是将不易理解的数据转化成操作人员能理解的方式。正如通常无人机所做的那
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