[发明专利]一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台

说明书

技术领域

一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台属于智能飞行机器人控制领域。

背景技术

四旋翼无人飞行器是一种垂直起降无人驾驶飞行器Vertical Take-off and Landing Unmanned Aerial Vehicle, VTOL UAV)，国外又称Quad rotor，Four rotor或X4-flyer等，本发明将其称为四旋翼无人驾驶飞行器。它具有四个呈十字交叉结构的旋翼，通过调节四个电机的转速实现姿态控制，从而改变飞行器在空间中的位置。近年来，四旋翼无人飞行器以其新颖的结构布局和独特的飞行方式引起了人们的广泛关注，迅速成为国际上新的研究热点。四旋翼无人驾驶飞行器在搜索和救援任务、气象监测、大地测量、军事应用等领域具有巨大的应用前景；同时，作为一个具有二阶非完整约束的六自由度飞行器，可以作为科学研究的载体，进行先进控制方法和机器人学领域的相关实验研究。

发明内容

本发明的目的在于设计一种四旋翼无人飞行器混合控制方法，可以有效实现控制四旋翼无人飞行器，增强对外界扰动的稳定性，提高系统的控制性能。

本发明的目的是这样实现的：

以四旋翼无人飞行器为平台，搭载微处理器模块S1，导航测量系统S2，无刷电机驱动系统S3，Wi-Fi无线通信系统S4以及人机监控系统S5，构成了一套四旋翼无人飞行器控制系统。其中微处理器模块是以DSP/FPGA嵌入式处理器为核心，实现测量数据的采集，并通过混合控制方法，计算出四旋翼无人飞行器的无刷电机的控制量；导航测量系统用来完成对四旋翼无人飞行器运动参数的实时估计；无刷电机驱动系统由微控制器和驱动电路组成，实现对四个无刷直流电机的控制；Wi-Fi无线通信系统用来完成四旋翼无人飞行器与地面站的通信，获取四旋翼无人飞行器的期望指令；最后通过人机监控系统实现对四旋翼无人飞行器平台飞行参数的监控与记录。

1．上述的一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台，所述的气压计1用来测量四旋翼无人飞行器的高度信息，与A/D器件5相连；

2．上述的一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台，所述的惯性测量单元2用来测量四旋翼无人飞行器的的姿态速率和比力等数据，与A/D器件6相连；

3．上述的一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台，所述的GPS模块3用来测量四旋翼无人飞行器的的平面位置信息，与FPGA处理器9的接口为RS232串行总线7；

4．上述的一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台，所述的电子罗盘4、测量四旋翼无人飞行器的的航向信息，与FPGA处理器9的接口为IIC总线8。

5．上述的一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台，所述的微处理器模块包括：

[1]．FPGA处理器9、通过A/D器件5读取气压计1数据，通过A/D器件6读取惯性测量单元2数据，通过RS232串行总线7读取GPS模块3数据，通过IIC总线8读取电子罗盘4数据。FPGA处理器9把所有数据统一传入双口RAM 18；

[2]．DSP处理器10、从双口RAM 18中获取导航测量系统的测量数据，从SPI总线12中获取四旋翼无人飞行器的期望指令，经过内部混合控制器计算出四旋翼无人飞行器4个无刷电机的期望速度，传入IIC总线11中，同时将四旋翼无人飞行器的飞行参数传入Wi-Fi信号处理模块14；

[3]．双口RAM 18、负责FPGA处理器9和DSP处理器10之间的数据交换，通过地址总线相连接。

6．上述的一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台，所述的无刷电机驱动系统包括：

[1]．电子调速器ECS 13、从IIC总线11中获取无刷电机13的期望转速，通过内部解算，用PWM控制MOSFET的导通和关断，驱动无刷电机Q1-Q4。

[2]．无刷电机Q1-Q4，最终执行元件，由电子调速器所控制，4个电机的转速不同能够改变四旋翼无人飞行器的姿态和位置。

7．上述的一种基于混合控制方法的四旋翼无人飞行器平台，所述的Wi-Fi无线通信系统包括：

[1]． 机载Wi-Fi无线通信模块15、从无线局域网中获取Wi-Fi无线通信模块16获取四旋翼无人飞行器的期望指令，传入Wi-Fi信号处理模块14，同时从Wi-Fi信号处理模块14中获取四旋翼无人飞行器的飞行参数发送至无线网中。

[2]．Wi-Fi无线通信模块16、与人机监控界面17采用互联网接口通信获取四旋翼无人飞行器的期望指令，并将以上信息发送至无线网中。