一种飞行器姿态控制系统的制作方法

本实用新型涉及飞行器控制装置，特别是一种集成飞行器飞行姿态、速度、位置的控制器。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，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。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

无人机应用领域广泛，目前，将其应用在电网周边环境和电网设备的定航巡线中，能够提高电网周边环境和电网设备监视的便捷性和准确性。虽然在监管等层面，无人机发展依然存在瓶颈，但从目前来看，无人机在电网设变及其周边环境的检测方面的发展，已经是不争的事实。随着无人机技术的不断进步，其性能越来越好，实现的功能日益丰富。与此同时，无人机的研制成本也越来越高，在定期巡线过程中，无人机面对险恶复杂的自然环境时，付出了极大的代价。无人机系统各机载设备的安全性、可靠性日益引起工程师的关注，因此构建一套全面的无人机地面综合测试平台已越来越重要且急迫。

目前，在对变电设备及变电站周围环境的监测中引进了无人机技术进行监测，使得监测更加便捷和准确，在无人机以定期巡线对变电设备及变电站周围环境进行监测的过程中，应用于变电设备及变电站周围环境监测的无人机的测试设备存在一些突出问题，如缺乏统一的规划、功能单一化，标准化、系列化和通用化程度低等。这就要求现代化的无人机综合性能测试系统能够满足更全面的试验需要：在无人机研制阶段，能够对无人机飞行控制率进行有效的检测和评估；在飞行准备阶段，可以对飞行控制系统进行方便及全面的功能性检测；在飞行结束后，可以对飞行中的故障进行事后分析、模拟和故障归零；在后续改进过程中，可以对修改后的飞行控制系统进行测试和验证。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种飞行器姿态控制系统，本系统可自行控制飞行器的飞行姿态、速度、位置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种飞行器姿态控制系统，其特征在于：包括串级控制相互信号连接的姿态控制器、速度控制器和位置控制器，所述飞行器姿态控制系统还包括单片机、伺服控制器和动力系统；

所述姿态控制系统包括三轴陀螺仪，该三轴陀螺仪用于检测飞行器的飞行姿态并将飞行姿态信号传递到单片机；所述速度控制器包括GPS模块，该GPS模块用于监测飞行器实时速度并将速度信号传递到单片机；所述位置控制器包括加速度传感器，该加速度传感器用于检测飞行器的瞬时加速度并结合速度信号获取飞行器的位置信号，并将该位置信号传递到单片机；所述单片机通过飞行姿态信号、速度信号、位置信号通过伺服控制器控制动力系统工作。

作为优选的，所述动力系统为三轴动力系统。

作为优选的，所述动力系统还包括飞行姿态控制器，该飞行姿态控制器包括基座和动力螺桨，所述基座和动力螺桨通过万向关节连接，所述飞行姿态控制器位于飞行器底部重力重力中心位置。

作为优选的，所述加速度传感器为三轴加速度传感器。

使用本实用新型的有益效果是：

本飞行器姿态控制系统将姿态控制器作为内环控制器，速度为中环控制器，位置控制器为外环控制器。因此，姿态控制器是无人机的基础控制，只有先做好内环控制器才可以为上级控制器提供保障。因此，姿态控制器做1000Hz运算，并通过建立模型进行控制器仿真的方法确定控制器参数，接着将控制器移植到嵌入式控制系统中，进而形成一套完整的自主飞行控制系统，实现自主智能航线飞行，能够达到本项目的预期计划，使得无人机在变电设备及变电站周围环境进行监测中具备更高的安全性和可靠性，使得其检测到的变电设备及变电站周围环境的数据更加准确可靠。

附图说明

图1为本实用新型飞行器姿态控制系统控制器信号连接示意图。

图2为本实用新型飞行器姿态控制系统姿态控制器示意图。

图3为本实用新型飞行器姿态控制系统速度控制器示意图。

图4为本实用新型飞行器姿态控制系统位置控制器示意图。

图5为本实用新型飞行器姿态控制系统集成控制器示意图。

附图标记包括：

100-姿态控制器，110-三轴陀螺仪，200-速度控制器，210-GPS模块，

300-位置控制器，310-加速度传感器，410-单片机，420-伺服控制器，

430-动力系统。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

如图1-图4所示，本实施例提供一种飞行器姿态控制系统，其特征在于：包括串级控制相互信号连接的姿态控制器100、速度控制器200和位置控制器300，飞行器姿态控制系统还包括单片机410、伺服控制器420和动力系统430；

姿态控制系统包括三轴陀螺仪110，该三轴陀螺仪110用于检测飞行器的飞行姿态并将飞行姿态信号传递到单片机410；速度控制器200包括GPS模块210，该GPS模块210用于监测飞行器实时速度并将速度信号传递到单片机410；位置控制器300包括加速度传感器310，该加速度传感器310用于检测飞行器的瞬时加速度并结合速度信号获取飞行器的位置信号，并将该位置信号传递到单片机410；单片机410通过飞行姿态信号、速度信号、位置信号通过伺服控制器420控制动力系统430工作。

本飞行器姿态控制系统将姿态控制器100作为内环控制器，速度为中环控制器，位置控制器300为外环控制器。因此，姿态控制器100是无人机的基础控制，只有先做好内环控制器才可以为上级控制器提供保障。因此，姿态控制器100做1000Hz运算，并通过建立模型进行控制器仿真的方法确定控制器参数，接着将控制器移植到嵌入式控制系统中，进而形成一套完整的自主飞行控制系统，实现自主智能航线飞行，能够达到本项目的预期计划。

在一个实施例中，姿态控制器100、速度控制器200和位置控制器300分别为三组控制器。

在另一实施例中，姿态控制器100、速度控制器200和位置控制器300可集成在同一个系统中。如图5所示。

动力系统430为三轴动力系统430。加速度传感器310为三轴加速度传感器310。

作为优选的，动力系统430还包括飞行姿态控制器100，该飞行姿态控制器100包括基座和动力螺桨，基座和动力螺桨通过万向关节连接，飞行姿态控制器100位于飞行器底部重力重力中心位置。通过万向关节连接动力螺桨控制飞行器的飞行姿态，其效率高，有利于减重增强续航。

在另一实施中，飞行器姿态控制系统包括设于无人机上的控制处理装置、姿态测量装置和姿态调整装置，所述控制处理装置分别与姿态测量装置和姿态调整装置连接，所述控制处理装置包括控制芯片，所述控制芯片分别与姿态测量装置和姿态调整装置连接。

所述姿态测量装置包括与控制芯片连接的陀螺仪、第一加速度计和磁力计。所述姿态调整装置包括与控制芯片连接且用于控制每个旋翼旋向的第二加速度计和电机。

本实用新型工作原理：控制芯片获取姿态测量装置陀螺仪、第一加速度计和磁力计测量得到的姿态数据，然后进行处理后输出控制信号给姿态调整装置，配合第二加速度计和电机，可以控制旋翼偏转，产生侧向控制力，从而保证精确的飞行姿态。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：能够实时测量和调整无人机飞行姿态，控制稳定，保证无人机飞行稳定和精确航拍。

其中，所述动力系统430可采用如下技术方案：

包括底座、第一转动副、第二转动副、第三转动副、第一转动装置、第二转动装置、安装模块和无人机模块；其中：所述底座固定于地面或工作台面；所述第一转动装置与所述底座之间通过所述第一转动副连接，从而使得所述第一转动装置拥有绕X轴方向的旋转自由度；所述第二转动装置与所述第一转动装置之间通过所述第二转动副来连接，从而使得所述第二转动装置拥有绕Y轴方向的旋转自由度；所述安装模块与所述第二转动装置之间通过所述第三转动副进行连接，从而使所述安装模块拥有绕Z轴方向的旋转自由度；所述无人机模块安装于所述安装模块上；通过上述连接方式，使得安装于所述安装模块上的所述无人机模块拥有绕X、Y、Z轴三个方向的旋转自由度，即俯仰、偏航、横滚。

本飞行器姿态控制系统将姿态控制器作为内环控制器，速度为中环控制器，位置控制器为外环控制器。因此，姿态控制器是无人机的基础控制，只有先做好内环控制器才可以为上级控制器提供保障。因此，姿态控制器做1000Hz运算，并通过建立模型进行控制器仿真的方法确定控制器参数，接着将控制器移植到嵌入式控制系统中，进而形成一套完整的自主飞行控制系统，实现自主智能航线飞行，能够达到本项目的预期计划，使得无人机在变电设备及变电站周围环境进行监测中具备更高的安全性和可靠性，使得其检测到的变电设备及变电站周围环境的数据更加准确可靠。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本实用新型的构思，均属于本实用新型的保护范围。