[發明專利]一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統及方法

在審

• 申請號: 201410766880.3
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104597912A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 孫一力;甄子洋;王碩;王新華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G08C17/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統，其特征在于，包含機載部分和地面站控制部分，其中，所述機載部分包含六旋翼飛行平臺和飛行控制器，所述地面站控制部分包含具有無線傳輸功能的測控終端；

所述六旋翼飛行平臺包含六組飛行機構、機架和無刷云臺，所述六組飛行機構對稱地位于機架的六個端點，所述無刷云臺固定所述機架的正下方；

所述飛行機構包含電機、電調和螺旋槳，所述電機用于帶動螺旋槳旋轉，所述電調用于調整電機的轉速；

所述飛行控制器包含飛行控制模塊、傳感器模塊、視覺導航模塊、無線傳輸模塊、電源模塊和遙控接收機；

所述飛行控制模塊包含主控制單元和協處理單元；

所述傳感器模塊包含六軸姿態傳感器、電子羅盤、超聲波高度計、雷達傳感器；

所述視覺導航模塊包含攝像頭和圖像處理單元，所述攝像頭設置在無刷云臺上；

所述主控制單元分別與六組飛行機構、六軸姿態傳感器、超聲波高度計、協處理單元、圖像處理單元電氣相連，所述圖像處理單元分別與雷達傳感器、攝像頭電氣相連；所述協處理單元與無線數傳模塊電氣相連；

所述測控終端與所述無線數傳模塊通過無線進行數據通訊。

2.根據權利要求1所述的六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統，其特征在于，所述電源模塊包含三塊電池，分別為六旋翼無人直升機的六組飛行機構、飛行控制模塊和視覺導航模塊提供電源。

3.根據權利要求1所述的六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統，其特征在于，所述主控制單元采用ATMEGA2560單片機，所述協處理單元采用ATMEGA32U2單片機。

4.根據權利要求1所述的六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統，其特征在于，所述六軸姿態傳感器采用MPU-6000六軸姿態傳感器，所述超聲波傳感器采用LV-MaxSonar-EZ1聲波傳感器，所述雷達傳感器采用UTM-30LX信號激光掃描測距儀。

5.基于權利要求1所述的六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統的控制方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1)，控制六旋翼無人直升機同時執行前飛和上升兩個動作，并實時反饋上升過程中六旋翼無人直升機的姿態數據、相對速度數據和高度數據；

步驟2)，將反饋的高度數據與預設的高度閾值作比較，當反饋的高度數據等于預設的高度閾值時，停止上升；

步驟3)，檢測是否存在追蹤目標；

步驟4)，如果沒有檢測到追蹤目標，根據實時反饋的姿態數據、相對速度數據和高度數據控制六旋翼無人直升機保持懸停狀態；

步驟5)，如果檢測到追蹤目標，采用攝像頭捕捉跟蹤目標，對跟蹤目標的捕捉圖像進行解算，得出六旋翼無人直升機和跟蹤目標的相對位置信息，即位置誤差數據，根據以下控制律計算出控制量，分配給六組執行機構，以此控制六旋翼無人直升機飛行：

Δδ=kpΔe+ki∫Δe+kdΔe′+kp′u,|Δe|≤50cmΔδ=kpΔe+kdΔe′+kp′u,|Δe|>50cm]]>

其中，Δδ為飛行機構的控制量，Δe為位置誤差數據，Δe'為位置誤差數據變化率，k_p為位置誤差數據的系數，k_i為位置誤差數據積分的系數，k_d為位置誤差數據變化率的系數，p為比例控制參數，i為積分控制參數，d為微分控制參數，u為速率數據，k'_p為速率數據的系數。