無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，接收機(jī)輸入裝置接收給定軌跡命令并傳輸至飛行控制裝置，定位裝置獲取無人機(jī)的地理位置信息并發(fā)送至飛行控制裝置，傳感器裝置采集無人機(jī)的飛行參數(shù)并發(fā)送至飛行控制裝置。飛行控制裝置輸出電機(jī)控制信號至電調(diào)電機(jī)裝置，控制電調(diào)電機(jī)裝置調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的位置和姿態(tài)的控制。操作人員只需發(fā)送定軌跡命令至接收機(jī)輸入裝置，無需實(shí)時觀察無人機(jī)當(dāng)前位置，飛行控制裝置根據(jù)獲取的信息控制電調(diào)電機(jī)裝置調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，可實(shí)時對無人機(jī)的位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，提高了控制準(zhǔn)確度。
【專利說明】無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無人機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。由于其無需人員駕駛，所以能執(zhí)行更危險的任務(wù)，無人機(jī)技術(shù)廣泛的應(yīng)用在偵查搜索領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)包括無線遙控器、控制裝置和驅(qū)動裝置。操作人員根據(jù)無人機(jī)的當(dāng)前位置，通過無線遙控器發(fā)送控制參數(shù)至安裝在無人機(jī)上的控制裝置，控制裝置根據(jù)控制參數(shù)控制驅(qū)動裝置調(diào)節(jié)無人機(jī)的飛行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)無線控制。由于需要操作人員觀察無人機(jī)當(dāng)前位置調(diào)整控制參數(shù)，傳統(tǒng)的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)存在控制準(zhǔn)確度低的缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]基于此，有必要針對上述問題，提供一種控制準(zhǔn)確度高的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。
[0005]一種無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，包括接收機(jī)輸入裝置、定位裝置、傳感器裝置、飛行控制裝置和電調(diào)電機(jī)裝置，所述接收機(jī)輸入裝置、定位裝置、傳感器裝置和電調(diào)電機(jī)裝置均與所述飛行控制裝置連接。
[0006]上述無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，接收機(jī)輸入裝置接收給定軌跡命令并傳輸至飛行控制裝置，定位裝置獲取無人機(jī)的地理位置信息并發(fā)送至飛行控制裝置，傳感器裝置采集無人機(jī)的飛行參數(shù)并發(fā)送至飛行控制裝置。飛行控制裝置輸出電機(jī)控制信號至電調(diào)電機(jī)裝置，控制電調(diào)電機(jī)裝置調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的位置和姿態(tài)的控制。操作人員只需發(fā)送定軌跡命令至接收機(jī)輸入裝置，無需實(shí)時觀察無人機(jī)當(dāng)前位置，飛行控制裝置根據(jù)獲取的信息控制電調(diào)電機(jī)裝置調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，可實(shí)時對無人機(jī)的位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，與傳統(tǒng)的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)相比，提高了控制準(zhǔn)確度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為一實(shí)施例中無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0008]圖2為另一實(shí)施例中無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖3為一實(shí)施例中無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的控制原理圖；
[0010]圖4為圖3中姿態(tài)模糊PID控制器的原理圖；
[0011]圖5為又一實(shí)施例中無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0013]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。
[0014]—種無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，用作控制無人機(jī)飛行的位置和姿態(tài)，無人機(jī)可以是四旋翼無人機(jī)等。如圖1所示，包括接收機(jī)輸入裝置110、定位裝置120、傳感器裝置130、飛行控制裝置140和電調(diào)電機(jī)裝置150，接收機(jī)輸入裝置110、定位裝置120、傳感器裝置130和電調(diào)電機(jī)裝置150均與飛行控制裝置140連接。
[0015]接收機(jī)輸入裝置110用于接收給定軌跡命令并傳輸至飛行控制裝置140。給定軌跡命令即是指調(diào)整無人機(jī)的飛行軌跡和飛行目的地的控制指令，可由操作人員通過遙控設(shè)備發(fā)送。本實(shí)施例中接收機(jī)輸入裝置110接收的給定軌跡命令為PPM (pulse posit1nmodulat1n,脈位調(diào)制)信號，包含無人機(jī)在副翼、橫滾、俯仰、偏航以及輔助通道的控制量，從而實(shí)現(xiàn)手動控制無人機(jī)。
[0016]定位裝置120用于獲取無人機(jī)的地理位置信息并發(fā)送至飛行控制裝置140。本實(shí)施例中定位裝置120為GPS (Global Posit1ning System，全球定位系統(tǒng))定位裝置，可及時、準(zhǔn)確獲取無人機(jī)當(dāng)前的地理位置信息?？梢岳斫猓谄渌麑?shí)施例中，定位裝置120也可以是其他地理位置信息獲取裝置。
[0017]傳感器裝置130用于采集無人機(jī)的飛行參數(shù)并發(fā)送至飛行控制裝置140。本實(shí)施例中傳感器裝置130具體可包括均與飛行控制裝置140連接的陀螺儀、加速度傳感器、羅盤、測速傳感器和飛行高度傳感器，飛行參數(shù)包括機(jī)身三軸角速率、機(jī)身三軸線加速度、機(jī)身航向及姿態(tài)信息、電機(jī)轉(zhuǎn)速和無人機(jī)的飛行高度。其中，陀螺儀用于測量機(jī)身三軸角速率，加速度傳感器用于測量機(jī)身三軸線加速度，羅盤用于測量機(jī)身航向及姿態(tài)信息，測速傳感器用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，飛行高度傳感器用于檢測無人機(jī)的飛行高度。可以理解，傳感器裝置130所包括的具體器件的種類及位置可根據(jù)需要采集的飛行參數(shù)的種類進(jìn)行調(diào)整。
[0018]飛行控制裝置140用于根據(jù)給定軌跡命令和地理位置信息生成姿態(tài)角調(diào)整數(shù)據(jù)，并根據(jù)姿態(tài)角調(diào)整數(shù)據(jù)和飛行參數(shù)生成電機(jī)控制信號至電調(diào)電機(jī)裝置150，控制電調(diào)電機(jī)裝置150調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的位置和姿態(tài)控制，從而實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)更加穩(wěn)定和精確的控制，具有很好的抗干擾性。
[0019]在其中一個實(shí)施例中，如圖2所示，電調(diào)電機(jī)裝置150包括電機(jī)調(diào)速器152和驅(qū)動電機(jī)154，驅(qū)動電機(jī)154通過電機(jī)調(diào)速器152與飛行控制裝置140連接。電機(jī)調(diào)速器152根據(jù)飛行控制裝置140發(fā)送的電機(jī)控制信號輸出對應(yīng)的驅(qū)動信號至驅(qū)動電機(jī)154，使驅(qū)動電機(jī)154到達(dá)指定轉(zhuǎn)速，傳感器裝置130中的測速傳感器對應(yīng)檢測驅(qū)動電機(jī)154的轉(zhuǎn)速并反饋給飛行控制裝置140，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的位置和姿態(tài)控制。本實(shí)施例中驅(qū)動電機(jī)154為無刷直流電機(jī)，體積小可節(jié)省空間，且具有低速大轉(zhuǎn)矩特性，可直接用于驅(qū)動無人機(jī)飛行，降低生產(chǎn)成本。
[0020]電機(jī)調(diào)速器152和驅(qū)動電機(jī)154的數(shù)量根據(jù)無人機(jī)的類型可進(jìn)行調(diào)整。以無人機(jī)為四旋翼無人機(jī)為例，本實(shí)施例中電機(jī)調(diào)速器152和驅(qū)動電機(jī)154均為4個，每一個驅(qū)動電機(jī)154分別通過一個電機(jī)調(diào)速器152與飛行控制裝置140連接。飛行控制裝置140輸送的電機(jī)控制信號包括四路PWM控制信號，分別用于控制電機(jī)調(diào)速器152驅(qū)動四個驅(qū)動電機(jī)154工作，保持四旋翼無人機(jī)穩(wěn)定飛行。
[0021]飛行控制裝置140作為無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的核心部分，在每個控制周期內(nèi)實(shí)時處理傳感器裝置130采集的飛行參數(shù)以及定位裝置120獲取的無人機(jī)位置信息，完成雙模糊 PID (proport1n-1ntegrat1n-differentiat1n，比例-積分-微分)自整定控制算法，得到無人機(jī)的姿態(tài)位置信息，結(jié)合接收機(jī)輸入裝置110接收的給定軌跡命令，計(jì)算出控制量，生成電機(jī)控制信號。
[0022]無人機(jī)系統(tǒng)的平移運(yùn)動不會引起姿態(tài)角的變化，但姿態(tài)角的變化會導(dǎo)致無人機(jī)的平動。在對無人機(jī)飛行器進(jìn)行控制時，首先考慮無人機(jī)飛行器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動是獨(dú)立的，然后將無人機(jī)飛行器的平動運(yùn)動。整個系統(tǒng)分為兩個部分，即內(nèi)環(huán)角運(yùn)動和外環(huán)線運(yùn)動。如圖3所示，回路I為無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)的姿態(tài)控制回路，回路2為無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)外環(huán)的位置控制回路，當(dāng)系統(tǒng)接受到給定軌跡命令后，位置控制回路根據(jù)采集到的無人機(jī)參數(shù)計(jì)算出系統(tǒng)所要改變的姿態(tài)角，然后輸入到回路I中，回路I再計(jì)算驅(qū)動電機(jī)154的相應(yīng)控制量，這樣整個系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)位置和姿態(tài)的控制。
[0023]模糊控制主要是模仿專家經(jīng)驗(yàn)而不依賴于控制對象的模型，主要研宄定性的、模糊的、非精確的信息系統(tǒng)的控制問題，飛行控制裝置140采用的模糊PID自整定控制系統(tǒng)由PID控制系統(tǒng)和模糊控制環(huán)節(jié)組成。以內(nèi)環(huán)的姿態(tài)控制系統(tǒng)為例，如圖4所示，根據(jù)位置控制回路得到姿態(tài)角的期望值Θ。，將其與實(shí)際測量值Θ的偏差作為PID控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)的輸入。在模糊控制系統(tǒng)中，將其偏差和偏差的變化率作為輸入變量，經(jīng)模糊化后轉(zhuǎn)換為模糊子集，再利用專家?guī)爝M(jìn)行模糊推理得到輸出量的模糊子集，再經(jīng)解模糊化后得到精確的輸出控制量Λ Kp,Δ Ki,Δ Kd,自動校正初始的PID參數(shù)Kp、K1、Kd，然后用校正后的參數(shù)輸入PID控制系統(tǒng)得到控制量作用于被控對象。外環(huán)的位置控制系統(tǒng)與此類似。
[0024]上述無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，接收機(jī)輸入裝置110接收給定軌跡命令并傳輸至飛行控制裝置140，定位裝置120獲取無人機(jī)的地理位置信息并發(fā)送至飛行控制裝置140，傳感器裝置130采集無人機(jī)的飛行參數(shù)并發(fā)送至飛行控制裝置140。飛行控制裝置140輸出電機(jī)控制信號至電調(diào)電機(jī)裝置150，控制電調(diào)電機(jī)裝置150調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的位置和姿態(tài)的控制。操作人員只需發(fā)送定軌跡命令至接收機(jī)輸入裝置，無需實(shí)時觀察無人機(jī)當(dāng)前位置，飛行控制裝置根據(jù)獲取的信息控制電調(diào)電機(jī)裝置調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，可實(shí)時對無人機(jī)的位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，與傳統(tǒng)的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)相比，提高了控制準(zhǔn)確度。
[0025]在其中一個實(shí)施例中，無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)還包括與接收機(jī)輸入裝置110進(jìn)行無線通信的遙控設(shè)備，用戶可通過遙控裝置發(fā)送給定軌跡命令至接收機(jī)輸入裝置110。本實(shí)施例中遙控設(shè)備為2.4G遙控器，接收機(jī)輸入裝置110為2.4G接收裝置，抗干擾能力強(qiáng)，信號傳輸距離遠(yuǎn)。
[0026]在其中一個實(shí)施例中，如圖5所示，無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)還包括與飛行控制裝置140連接的無線傳輸裝置160。飛行控制裝置140接收到傳感器裝置130采集的飛行參數(shù)后通過無線傳輸裝置160發(fā)送，具體可以是發(fā)送至終端顯示設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控顯示，或者發(fā)送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行存儲，提高了無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸便利性。
[0027]進(jìn)一步地，無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)還可包括與無線傳輸裝置160進(jìn)行無線通信的監(jiān)控裝置，用于實(shí)時顯示無線傳輸裝置160發(fā)送的飛行數(shù)據(jù)，便于對無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控、及時進(jìn)行參數(shù)調(diào)整及飛行控制等，提高操作便利性。
[0028]在其中一個實(shí)施例中，繼續(xù)參照圖5，無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)還包括供電裝置170，供電裝置170與飛行控制裝置140和電調(diào)電機(jī)裝置150連接，用于為飛行控制裝置140和電調(diào)電機(jī)裝置150提供工作電壓。
[0029]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，包括接收機(jī)輸入裝置、定位裝置、傳感器裝置、飛行控制裝置和電調(diào)電機(jī)裝置，所述接收機(jī)輸入裝置、定位裝置、傳感器裝置和電調(diào)電機(jī)裝置均與所述飛行控制裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器裝置包括均與所述飛行控制裝置連接的陀螺儀、加速度傳感器、羅盤、測速傳感器和飛行高度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電調(diào)電機(jī)裝置包括電機(jī)調(diào)速器和驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)通過所述電機(jī)調(diào)速器與所述飛行控制裝置連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動電機(jī)為無刷直流電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述接收機(jī)輸入裝置進(jìn)行無線通信的遙控設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述遙控設(shè)備為2.4G遙控器，所述接收機(jī)輸入裝置為2.4G接收裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述飛行控制裝置連接的無線傳輸裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述無線傳輸裝置進(jìn)行無線通信的監(jiān)控裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述定位裝置為GPS定位
目.ο
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括供電裝置，所述供電裝置與所述飛行控制裝置和電調(diào)電機(jī)裝置連接。
【文檔編號】G05D1/10GK204178240SQ201420687441
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】張長隆, 陽舜 申請人:湖南基石信息技術(shù)有限公司