[發(fā)明專利]一種無人直升機飛行控制系統及其控制方法

有效

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• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103611324A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 魯盈悅;江駒;王新華;甄子洋;王碩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A63H30/04
• 分類號: A63H30/04;A63H27/133
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種無人直升機飛行控制系統，包括機載單元、地面控制站單元，所述的機載單元包括飛行控制計算機、傳感器模塊、伺服操縱模塊、無線傳輸模塊、遙控接收機、執(zhí)行機構，所述的地面控制單元包括具有無線傳輸功能的測控終端；所述測控終端包括PC控制臺及遙控器，其特征在于：所述飛行控制計算機包括DSP模塊、FPGA模塊；所述無人直升機飛行控制系統的控制模式包括手動控制模式與自動控制模式：

手動控制模式時，遙控接收機接收遙控器信號傳輸至DSP模塊，DSP模塊對接收的信號處理后分別輸出至伺服操縱模塊，控制執(zhí)行機構工作；

自動控制模式時，所述傳感器模塊實時采集直升機的姿態(tài)數據、高度數據、速度數據，并將采集到的數據發(fā)送至FPGA模塊；所述PC控制臺通過無線傳輸模塊將數據傳輸至FPGA模塊；所述FPGA模塊實時接收傳感器數據及PC控制臺數據，將數據處理后定時發(fā)送至DSP模塊，所述DSP模塊對接收的信號處理后分別輸出至執(zhí)行機構，控制執(zhí)行機構工作。

2.根據權利要求1所述的無人直升機飛行控制系統，其特征在于：所述FPGA模塊包括UART串口；所述傳感器模塊包括氣壓傳感器、高度傳感器、速度傳感器、航姿傳感器、GPS；所述氣壓傳感器、高度傳感器、速度傳感器的輸出分別與FPGA模塊的IO口連接，所述GPS的輸出與FPGA模塊的UART串口連接，所述航姿傳感器的輸出信號經電平轉換電路轉換后輸入至FPGA模塊。

3.基于權利要求1或2所述無人直升機飛行控制系統的控制方法，所述DSP模塊包括傳感器數據解算模塊、舵機控制模塊、控制律解算模塊，所述控制律解算模塊的姿態(tài)保持控制律、高度保持控制律、速度保持控制律，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

（1）控制直升機上升，并實時反饋上升過程中直升機的姿態(tài)數據、高度數據、速度數據，當直升機上升到預先設定的高度時，停止上升，此時直升機處于懸停狀態(tài)，記錄該狀態(tài)下直升機的姿態(tài)數據、高度數據；

（2）傳感器模塊實時采集直升機的姿態(tài)數據、高度數據、速度數據，并將采集到的數據發(fā)送至FPGA模塊；所述PC控制臺通過無線傳輸模塊將數據傳輸至FPGA模塊；所述FPGA模塊實時接收傳感器數據及PC控制臺數據，將數據處理成“幀”的格式定時發(fā)送至傳感器數據解算模塊，所述傳感器數據解算模塊將接收到的數據幀解算出姿態(tài)數據、高度數據、速度數據，將解算出的數據與懸停狀態(tài)下同類數據進行比較，得到誤差數據，并根據控制律計算出執(zhí)行機構的控制量，所述控制律采用如下公式表示：

Δδ=k_pΔe+k_dΔe'，其中，Δδ為執(zhí)行機構的控制量，Δe為誤差數據，Δe'為誤差數據變化率，k_p為誤差數據的系數，k_d為誤差數據變化率的系數。

4.根據權利要求3所述無人直升機飛行控制系統的控制方法，其特征在于：所述控制律包括姿態(tài)控制律、高度控制律、速度控制律、位置控制律。