[發(fā)明專利]雙旋翼遙控模型直升機的自主返回系統(tǒng)及控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210249958.5
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN102814047A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王一超;王新華;江駒;甄子洋;季健;許湔
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: A63H27/20
• 分類號: A63H27/20;A63H29/22;A63H30/04;G05D1/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙旋翼遙控模型直升機的自主返回系統(tǒng)及控制方法，屬于遙控模型（無人）直升機的自主返回技術(shù)領(lǐng)域。

?背景技術(shù)

市場上的遙控模型直升機的工作原理大致是：當(dāng)機載的電路板就接收到遙控信號后，將遙控信號直接轉(zhuǎn)換為模型直升機對應(yīng)的直流轉(zhuǎn)速電機或者舵機的控制信號，從而控制模型直升機的飛行。這樣的模型直升機工作的時候便存在兩個問題。

一、直升機與固定翼飛機相比，氣動特性更加復(fù)雜，動特性都是不穩(wěn)定的，并且各個通道間存在的強的軸間耦合，而模型直升機的飛行控制系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)，所以人工駕駛的難度很大，一般都是專業(yè)的航模駕駛?cè)藛T操縱。

二、當(dāng)遙控模型直升機飛出了可遙控范圍，那就處于非可控狀態(tài)，導(dǎo)致墜機，造成經(jīng)濟損失。

?發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種雙旋翼遙控模型直升機的自主返回系統(tǒng)及控制方法，當(dāng)模型直升機飛出可控范圍后，能夠使其自主返回可遙控范圍。本發(fā)明可提高直升機飛行的穩(wěn)定性，使得地面人員的操縱變得簡單易行。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

一種雙旋翼遙控模型直升機的自主返回系統(tǒng)，包括機載部分和地面控制站部分，所述的機載部分包括主旋翼電機、尾旋翼電機、單極性PWM輸出驅(qū)動電路、H橋直流電機驅(qū)動電路、微控制器、MEMS單軸陀螺儀、MEMS雙軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計、信號調(diào)理電路、復(fù)位電路、小電壓差線性穩(wěn)壓器、JTAG接口、無線數(shù)傳模塊和電源，所述的信號調(diào)理電路包括偏航速度信號調(diào)理電路，俯仰、滾轉(zhuǎn)角速度信號調(diào)理電路和加速度信號調(diào)理電路，所述的地面控制站部分由地面站計算機和地面無線數(shù)傳模塊順序連接而成，主旋翼電機通過單極性PWM輸出驅(qū)動電路與微控制器連接，尾旋翼電機通過H橋直流電機驅(qū)動電路與微控制器連接，MEMS單軸陀螺儀通過偏航速度信號調(diào)理電路與微控制器連接，MEMS雙軸陀螺儀通過俯仰、滾轉(zhuǎn)角速度信號調(diào)理電路與微控制器連接，MEMS三軸加速度計通過加速度信號調(diào)理電路與微控制器連接，無線數(shù)傳模塊通過TTL電平接口與微控制器的串口相連接，電源經(jīng)過小電壓差線性穩(wěn)壓器后分別與復(fù)位電路、JTAG接口和微控制器連接，地面控制站部分的地面無線數(shù)傳模塊與機載部分的無線數(shù)傳模塊通訊連接。

所述的雙旋翼遙控模型直升機的自主返回系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

（1）直升機通過無線電向地面控制站發(fā)送一幀請求信號，等待地面控制站的回應(yīng)，地面控制站如果接受到請求信號，則從待發(fā)送的信息隊列中選擇出待發(fā)送的遙控信息，發(fā)送至直升機，隊列中無數(shù)據(jù)則向機載部分的無線數(shù)傳模塊發(fā)送一幀簡單回應(yīng)信息，機載部分的無線數(shù)傳模塊收到這幀簡單的回應(yīng)信息后，則繼續(xù)上次的遙控控制；如果機載部分的無線數(shù)傳模塊收不到遙控信號，微控制器做出判斷，執(zhí)行“自主返回控制”命令，?按照“懸停---偏航180°----懸停----前飛”的任務(wù)隊列順序返回遙控范圍；

（2）接收到地面控制站的遙控信息后，機載部分的MEMS單軸陀螺儀、MEMS雙軸陀螺儀和MEMS三軸加速度計采集的機體三軸角速度和三軸加速度信號，進入微控制器的片內(nèi)ADC，經(jīng)微控制器的處理，被發(fā)送至地面控制站部分；

（3）微控制器將采集到的信號輸入姿態(tài)解算模塊，并將處理后的遙控信息和姿態(tài)解算得結(jié)果代入到增穩(wěn)控制模塊，經(jīng)過控制律的計算，輸出各個電機的控制信號到執(zhí)行機構(gòu)功能模塊。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.?用微控制芯片，MEMS陀螺儀，MEMS加速度計，無線數(shù)傳模塊等設(shè)計了與原系統(tǒng)完全不同的硬件電路，配合相應(yīng)的軟件算法，實現(xiàn)了當(dāng)模型直升機超出遙控范圍后的自主返回功能。

2.軟件算法中的“增穩(wěn)控制模塊”降低了模型直升機的操縱的復(fù)雜度。

?3.硬件設(shè)計中元器件的價格低廉，成本合理。

附圖說明

圖1是本系統(tǒng)的整體硬件電路框圖。

圖2是本系統(tǒng)航向陀螺儀及其外圍接口電路的原理圖。

圖3是本系統(tǒng)俯仰，滾轉(zhuǎn)陀螺儀及其外圍接口電路的原理圖。

圖4是本系統(tǒng)三軸加速度計及其外圍接口電路的原理圖。

圖5是本系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換電路原理圖。

圖6是本系統(tǒng)的JTAG接口電路原理圖。

圖7是本系統(tǒng)的晶振電路原理圖。

圖8是電路板的復(fù)位電路原理圖。

圖9是本系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓電路原理圖。

圖10是本系統(tǒng)主旋翼電機驅(qū)動電路原理圖。