[发明专利]一种固定翼无人机的定高飞行控制系统与方法

权利要求书

1.固定翼无人机的定高飞行控制系统，其特征在于：其包括固定翼无人机、传感器模块、控制电路；固定翼无人机作为整套系统的物理载体，传感器模块实时测量无人机当前位姿、高度信息，并发送给控制电路，再经由控制电路中的单片机进行数据计算，把计算出的结果发送给电机、舵机进行控制；

固定翼无人机：包括电源(1)、电子调速器(2)、电机(3)、升降舵(5)、接收机(6)、遥控器(7)；电源(1)与电子调速器(2)相接，电子调速器(2)引出的电源线、信号线、地线与电机(3)相连，为电机(3)供电和提供控制信号；电子调速器(2)引出的电源线、地线与单片机(4)对应相连，向单片机(4)供电；单片机(4)的脉冲位置调制输出口PPMout与升降舵(5)连接，单片机(4)的脉冲位置调制输入口PPMin与接收机(6)相连，接收机(6)接收遥控器(7)的控制信号，与遥控器(7)进行远程通信；

传感器模块：以气压高度传感器(8)作为测量元件，焊接在单片机控制板(4)上；

控制电路：其采用单片机(4)；所述的控制电路分为高度计算模块，舵机计算模块，限定模块三部分；高度计算模块通过测出的标准温度和压力参数计算出相应高度数据，舵机计算模块通过高度数据计算出当前舵机控制量并带入限定模块，限定模块对计算出的舵机控制量进行角度限制并对应计算出油门量后将控制信号发送给升降舵(5)、电机(3)；

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机的定高飞行控制系统，其特征在于：升降舵和油门进行联动PD控制。

3.根据权利要求1所述的固定翼无人机的定高飞行控制系统，其特征在于：气压高度传感器(8)采用压阻式硅微传感器，其外部包裹有一层高密度防风塑料，并在传感器(8)周边挖空约直径为0.5cm的孔，使传感器(8)与周围空气流通。

4.根据权利要求3所述的固定翼无人机的定高飞行控制系统，其特征在于：所述的高密度防风塑料厚度为2cm。

5.根据权利要求1所述的固定翼无人机的定高飞行控制系统，其特征在于：单片机(4)中采用stm32f103型号单片机。

6.权利要求1所述的固定翼无人机的定高飞行控制系统的控制方法，其特征在于：其包括如下步骤：

a)开机自检及气压高度传感器、PPM端口初始化；

b)通过遥控器(7)发送给接收机(5)的信号，检测当前控制模式，若为定高模式则进入步骤c)；

c)数据采集阶段：气压高度传感器(8)标准温度和压力参数数据，再将传感器数据发送到单片机(4)，通过温度和压力数据，计算出当前压强大小，再经由压强--高度对应关系转换出当前无人机高度；

d)通过与锁定高度对比，计算出高度差，并进入PD程序计算升降舵变化角度；

e)判断升降角变化是否超出设定范围，如果超出，则进入步骤(f)，如果没有超出，则进入步骤(g)；设定的升降角变化范围为-15°到+25°；

f)将步骤5解算出的升降舵变化角度带入限制程序，加以-15°到+25°的限值；

g)油门量与升降舵进行成比例联动控制，当上升时根据上升角度正比增大油门，当下降时根据下降角度正比降低油门；

h)单片机4计算出的PPM值经由串口发送给升降舵5及油门，控制无人机的升降及油门大小；

升降舵5的PPM值设定为-100到+100范围内变化，成正比例对应升降舵机所转角度，升降舵机角度范围为-30°到+30°，但由于对范围进行了限定，定高飞行时实际升降角度范围为-15°到+25°；油门PPM值设定为0到+100范围内变化，PPM值为0时电机停转，升降舵角度为0°时对应电机PPM值为55，升降舵角度为+25°时PPM值为+100；

当需要进行升舵控制时，电机PPM值计算公式为电机PPM＝55+(100-55)×(上升角度/25°)，当需要进行降舵控制时，电机PPM值计算公式为电机PPM＝55-55-5)×下降角度/15°，由上述公式可知，电机转速范围在5-100之间，根据升降角大小，呈正比例线性变化。