[发明专利]一种无人机控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电学技术领域，尤其涉及一种无人机控制系统。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。

无人机广泛应用，由于其无需人员驾驶，所以能执行更危险的任务，无人机技术广泛的应用在侦查搜索领域，美国将无人机技术作为主要发展方向，已经实现了无人机航母着陆，无人机技术必将成为下个领域技术竞争的又一个领域。

近年来，世界无人飞行器技术不断发展和完善，尤其在多旋翼飞行器领域取得了长足的进步。另一方面，随着电网规模的不断扩大，社会发展对输电线路安全运行的需求增大，若不及时对线路进行检测并实施有效维护，极可能导致重大电网安全事故。无人机在电力巡线方面的成功应用，极大提高了电力巡线的工作效率，有效地降低了电力巡线的人工费用。但是由于无人机电力巡检技术对飞行器的安全性和可靠性要求极高，一旦多旋翼飞行器在空中发生偶然性故障，如电机卡死堵转、旋翼翼面破损、遥控器信号丢失，往往会导致对电网的次生灾害，如撞上输电杆塔、缠住输电线路。因此，研究多旋翼飞行器的容错控制，提高其应对偶然性故障的能力则具有重要意义。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种容错率高的一种无人机控制系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括电源模块、陀螺仪、加速度计、RC接收机、辅助模块、飞控计算机、电子调速器、无刷电机；其特征在于：电源模块与陀螺仪、加速度计、RC接收机、辅助模块的电源输入端相连；电源模块还与飞控计算机的电源输入端相连；飞控计算机与电子调速器相连，电子调速器与无刷电机相连。

作为另一种优选方案，所述的陀螺仪与加速度计相连。

本发明有益效果。

本发明依据电力巡线，结合近年来国内外对容错飞行控制的理论研究，提出一种六旋翼飞行器容错飞行控制的控制方法，可以依据飞行器电调的反馈信息，实时调节六旋翼飞行器各个执行机构，包括无刷电机、旋翼的输出，实现飞行器在故障下的容错飞行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明原理框图。

具体实施方式

如图所示，本发明包括电源模块、陀螺仪、加速度计、RC接收机、辅助模块、飞控计算机、电子调速器、无刷电机；其特征在于：电源模块与陀螺仪、加速度计、RC接收机、辅助模块的电源输入端相连；电源模块还与飞控计算机的电源输入端相连；飞控计算机与电子调速器相连，电子调速器与无刷电机相连。

作为另一种优选方案，所述的陀螺仪与加速度计相连。

基本的六旋翼飞行器控制系统包括：飞控计算机、惯性测量单元（IMU）、电子调速器（ESC）、RC接收机、电源模块以及其他辅助控制模块。惯性测量单元（IMU）包括三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪。加速度计能够测量出飞行器机体坐标系下三个轴上的加速度；陀螺仪能够测量出飞行器机体坐标系下绕着三个轴的角速度。IMU将飞行器的加速度信号与角速度信号发给飞控计算机进行处理。飞控计算机通过从IMU采集到的原始姿态信息，通过一定的滤波，运用四元数法或者DCM算法进行姿态解算，得到飞行器当前在惯性坐标系下的真实姿态信息。同时飞控计算机从RC接收机中解算出用户或者飞控地面站发出的控制指令，结合当前的真实姿态信息，产生对飞行器执行机构的控制信号。

电源模块为整个六旋翼飞行器控制系统供电，产生两路不同的电压信号：一路信号为+5V，向飞控计算机、惯性测量单元、RC接收机供电，保证其正常工作；另一路信号为11V～6024V不等，具体电压由电子调速器和无刷电机的电气参数决定，直接驱动无刷电机工作。电子调速器（ESC）接收飞控计算机的控制信号，产生驱动飞行器执行机构（主要为无刷电机）的PWM信号，是直接控制无刷电机的电子模块。为了能够实现六旋翼飞行器容错飞行控制，对电子调速器进行了部分改进，使得其不仅能够向无刷电机输出控制信号，而且还能实时监测无刷电机的转速和运行状态，并且将这些状态信息返回给飞控计算机。飞控计算机依据相关状态信息调整各无刷电机的输出。其他辅助控制模块包括气压计、GPS等。气压计能够测量当前海拔高度，便于飞行器实现高度控制；GPS能够获得飞行器当前位置的经度、纬度和海拔高度，便于飞行器配合地面站实现航路点飞行。

为了实现飞控计算机与电子调速器之间的信息沟通，必须采用一主机多从机的通讯方式。AVRATmega系列单片机片内集成两线串行接口TWI模块，通过两根双向总线（包括一根时钟线SCL和一根数据线SDA），可以连接128个设备，具有简便、高效、快速的特点。故在飞控计算机与电子调速器之间采用TWI通信协议实现状态信息的交流。