[發(fā)明專利]一種固定翼無人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)與方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110324680.9
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102442424A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左國玉;王愷;李曉偉;朱曉慶;劉湘
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B64C13/16
• 分類號: B64C13/16
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

1.固定翼無人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)，其特征在于：其包括固定翼無人機(jī)、傳感器模塊、控制電路；固定翼無人機(jī)作為整套系統(tǒng)的物理載體，傳感器模塊實時測量無人機(jī)當(dāng)前位姿、高度信息，并發(fā)送給控制電路，再經(jīng)由控制電路中的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，把計算出的結(jié)果發(fā)送給電機(jī)、舵機(jī)進(jìn)行控制；

固定翼無人機(jī)：包括電源(1)、電子調(diào)速器(2)、電機(jī)(3)、升降舵(5)、接收機(jī)(6)、遙控器(7)；電源(1)與電子調(diào)速器(2)相接，電子調(diào)速器(2)引出的電源線、信號線、地線與電機(jī)(3)相連，為電機(jī)(3)供電和提供控制信號；電子調(diào)速器(2)引出的電源線、地線與單片機(jī)(4)對應(yīng)相連，向單片機(jī)(4)供電；單片機(jī)(4)的脈沖位置調(diào)制輸出口PPMout與升降舵(5)連接，單片機(jī)(4)的脈沖位置調(diào)制輸入口PPMin與接收機(jī)(6)相連，接收機(jī)(6)接收遙控器(7)的控制信號，與遙控器(7)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信；

傳感器模塊：以氣壓高度傳感器(8)作為測量元件，焊接在單片機(jī)控制板(4)上；

控制電路：其采用單片機(jī)(4)；所述的控制電路分為高度計算模塊，舵機(jī)計算模塊，限定模塊三部分；高度計算模塊通過測出的標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力參數(shù)計算出相應(yīng)高度數(shù)據(jù)，舵機(jī)計算模塊通過高度數(shù)據(jù)計算出當(dāng)前舵機(jī)控制量并帶入限定模塊，限定模塊對計算出的舵機(jī)控制量進(jìn)行角度限制并對應(yīng)計算出油門量后將控制信號發(fā)送給升降舵(5)、電機(jī)(3)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定翼無人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)，其特征在于：升降舵和油門進(jìn)行聯(lián)動PD控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定翼無人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)，其特征在于：氣壓高度傳感器(8)采用壓阻式硅微傳感器，其外部包裹有一層高密度防風(fēng)塑料，并在傳感器(8)周邊挖空約直徑為0.5cm的孔，使傳感器(8)與周圍空氣流通。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定翼無人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的高密度防風(fēng)塑料厚度為2cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定翼無人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)，其特征在于：單片機(jī)(4)中采用stm32f103型號單片機(jī)。

6.權(quán)利要求1所述的固定翼無人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：其包括如下步驟：

a)開機(jī)自檢及氣壓高度傳感器、PPM端口初始化；

b)通過遙控器(7)發(fā)送給接收機(jī)(5)的信號，檢測當(dāng)前控制模式，若為定高模式則進(jìn)入步驟c)；

c)數(shù)據(jù)采集階段：氣壓高度傳感器(8)標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力參數(shù)數(shù)據(jù)，再將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)(4)，通過溫度和壓力數(shù)據(jù)，計算出當(dāng)前壓強(qiáng)大小，再經(jīng)由壓強(qiáng)--高度對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換出當(dāng)前無人機(jī)高度；

d)通過與鎖定高度對比，計算出高度差，并進(jìn)入PD程序計算升降舵變化角度；

e)判斷升降角變化是否超出設(shè)定范圍，如果超出，則進(jìn)入步驟(f)，如果沒有超出，則進(jìn)入步驟(g)；設(shè)定的升降角變化范圍為-15°到+25°；

f)將步驟5解算出的升降舵變化角度帶入限制程序，加以-15°到+25°的限值；

g)油門量與升降舵進(jìn)行成比例聯(lián)動控制，當(dāng)上升時根據(jù)上升角度正比增大油門，當(dāng)下降時根據(jù)下降角度正比降低油門；

h)單片機(jī)4計算出的PPM值經(jīng)由串口發(fā)送給升降舵5及油門，控制無人機(jī)的升降及油門大小；

升降舵5的PPM值設(shè)定為-100到+100范圍內(nèi)變化，成正比例對應(yīng)升降舵機(jī)所轉(zhuǎn)角度，升降舵機(jī)角度范圍為-30°到+30°，但由于對范圍進(jìn)行了限定，定高飛行時實際升降角度范圍為-15°到+25°；油門PPM值設(shè)定為0到+100范圍內(nèi)變化，PPM值為0時電機(jī)停轉(zhuǎn)，升降舵角度為0°時對應(yīng)電機(jī)PPM值為55，升降舵角度為+25°時PPM值為+100；

當(dāng)需要進(jìn)行升舵控制時，電機(jī)PPM值計算公式為電機(jī)PPM＝55+(100-55)×(上升角度/25°)，當(dāng)需要進(jìn)行降舵控制時，電機(jī)PPM值計算公式為電機(jī)PPM＝55-55-5)×下降角度/15°，由上述公式可知，電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在5-100之間，根據(jù)升降角大小，呈正比例線性變化。