[发明专利]一种折叠翼无人机空中投放控制系统设计方法

说明书

本发明属于无人机控制系统技术领域，提供一种折叠翼无人机空中投放控制系统设计方法。控制系统硬件选用小型化PixHawk 4Mini平台，小型折叠翼采用左右两平尾舵机控制面布局分别连接飞行控制系统的CH1通道和CH2通道，通过舵机混控控制无人机俯仰和滚转，偏航则利用双垂尾实现自稳定；尾推电机通过电调连接至CH3通道进行油门控制；伞降开关和折叠展开动作机构分别通过连接飞行控制系统CH5通道和CH6通道进行驱动；控制系统软件在PX4飞控架构基础上进行二次开发，在其操作系统进程队列中集成了折叠展开模块和伞降任务模块，并调整了姿态控制参数和舵机混控参数；本发明基于PX4飞控架构二次开发，能够最大限度降低开发成本和时间，且易于物理实现和改型调试。

技术领域

本发明属于无人机控制系统技术领域，具体涉及一种折叠翼无人机空中投放控制系统设计方法。

背景技术

传统固定翼无人机集群通常采用滑跑起飞，不仅起飞时间长且对场地和跑道依赖较高。相比而言，基于变结构方式的折叠翼无人机采用地面发射装置弹射起飞，在减小存放空间的同时亦能达到快速部署要求，例如美国海军LOCUST项目“郊狼”无人机。

然而根据经验统计数据，小型无人机的航程与巡航速度往往受无人机允许起飞重量与最大载荷约束限制，单一的小型无人机集群无法有效在飞行任务半径和费效成本方面达到平衡。因此，在没有可靠陆基或海基着陆点时，为实现低费效比要求和长远距离飞行任务，空中投放与回收小型折叠翼无人机集群是在复杂环境中最简易和最低成本的解决方案。美军DARPA的“小精灵”项目正是由此而来，通过大型运输机长距离安全运输并投放“小精灵”折叠翼无人机，实现了低成本无人机百公里级作战半径，同时通过回收进一步减小损耗，提高任务灵活性。

目前，固定翼无人机对折叠翼无人机的空中投放技术仍处在探索阶段，折叠翼无人机被投放至自主飞行过程中内外扰动多，动态特性较为复杂。因此，飞行控制系统设计是保证无人机在投放后自主折叠展开并完成飞行任务的关键技术，但其在商业市场的应用基本上处于空白状态，现阶段的无人机飞行控制系统设计仅能满足常规起降的飞行任务需求。

发明内容

本发明是一种折叠翼无人机空中投放控制系统设计方法，解决折叠翼无人机空中投放条件下自主折叠展开且稳定可靠飞行的技术问题。

为达到上述目的，解决相应的技术问题，本发明提供一种折叠翼无人机空中投放飞行控制系统设计方法，具体的技术方案如下：

控制系统硬件选用小型化PixHawk 4Mini平台，其中数传电台、GPS天线、遥控器接收机以及电源模块按照常规方式和接口进行连接,小型折叠翼采用左右两平尾舵机控制面布局分别连接飞行控制系统的CH1通道和CH2通道，通过舵机混控控制无人机俯仰和滚转，偏航则利用双垂尾实现自稳定；

尾推电机通过电调连接至CH3通道进行油门控制，并利用电调内置UBEC为执行机构和动作机构供电；伞降开关和折叠展开动作机构分别通过连接飞行控制系统CH5通道和CH6通道进行驱动；

小型折叠翼无人机统一使用数字舵机，同时舵机布线采用集束式，以满足执行机构和动作机构的抗干扰要求；

折叠翼无人机的空中投放装置采用冷发射方式，利用伺服舵机进行纵向限位，并通过弹簧将小型折叠翼无人机从发射筒沿导轨向后弹出；

控制系统软件在PX4飞控架构基础上进行二次开发，在其操作系统进程队列中集成了折叠展开模块和伞降任务模块，并调整了姿态控制参数和舵机混控参数；