CN106200670A - 一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***，包括了动力输出模块、水平转向模块、主控制模块、传感器模块、无线通讯模块，通过从无线通讯模块获得的数据进行算法的求解整合，使吊舱可以水平全向转动并水平全方位输出动力。本水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***改变了传统飞艇在水平上单向动力输出的方式，通过水平全向动力输出，大大提高了飞艇的机动性，使飞艇可以原地转弯，使大型浮空器灵活化成为可能。

Description

一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***

技术领域

本发明设计一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***，尤其涉及无人飞艇控制领域的飞行控制***设计。

背景技术

飞艇是一种轻于空气的飞行器，相对比于固定翼和旋翼飞行器在监视、探测等领域更具应用潜力。随着社会的发展，飞艇在日常生活、科研领域、军事领域的应用越来越广泛。

飞艇包括流线型的艇体、位于艇囊下面的吊舱、起稳定控制作用尾翼组成。艇囊内充以密度比空气小的浮升气体(氢气、氦气或氢氦混合气)以产生浮力。尾翼包括方向舵和升降舵，在控制和保持航向、俯仰的稳定上起一定的作用。飞艇的主要动力一般由吊舱上的涵道发动机提供。

目前，飞艇的航向改变和水平转向是通过调节方向舵或者改变吊舱上涵道发动机的速度差实现的，但这在两种方法的控制下，飞艇转弯半径比较大，航线精准度不够，飞艇的飞行不够灵活。本发明通过改变动力输出的方向实现水平转向和航向改变，解决飞艇转弯半径比较大，航线精准度不够，飞艇的飞行不够灵活的问题，这将极大推动飞艇在各个领域的应用。

发明内容

为了使无人飞艇的姿态控制和行进方向更加灵活和容易调节，本发明一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***，通过改变吊舱涵道发动机的方向，在水平方向上的不同方向输出动力。通过修改并调节动力输出方向，可以精确控制无人飞艇的航线和航向。解决了传统吊舱的动力在水平方向上只能单向输出的问题，使飞艇的动力可以在水平方向上全向输出。

本发明的一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***，其特征在于包括了动力输出模块、水平转向模块、主控制模块、传感器模块、无线通讯模块；水平转向模块包括了伺服电机和减速箱，并通过连接板与吊舱和艇囊相连接；传感器模块包括了三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁阻、气压高度计和GPS定位模块，获取飞艇的姿态和空间位置；主控制模块包括了单片机控制芯片和输入控件，单片机控制芯片进行传感器数据采集、解算和控制输出，根据输入控件指令进行控制输出,并通过无线通讯模块实时通讯；通过水平全向转动动力输出飞艇吊舱实现了动力全方位输出功能和航迹自动修正功能。

所述的改变吊舱涵道发动机的方向，其特征在于通过操控地面控制装置，控制水平转向模块上的无刷电机的静止和转动，改变吊舱上涵道发动机的方向，可同步控制无人飞艇的前进、后退、转弯和转弯半径。通过使吊舱上涵道发动机的方向向后实现无人飞艇向前飞行；通过吊舱上涵道发动机方向向前实现无人飞艇向后飞行；通过使吊舱上涵道发动机方向与飞艇轴线成不同的角度而实现无人飞艇以不同的转弯半径转向。

所述的精确控制无人飞艇的航线和航向，其特征在于通过传感器模块识别飞艇位置和姿态，通过主控模块采集、解算和控制输出，控制动力输出模块和水平转向模块修改动力输出方向和大小，实现姿态和航向反馈修正。

附图说明

图1是吊舱转向前的示意图；

图2是吊舱转向后的示意图；

图3是控制流程示意图。

具体实施方式

本发明的一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***，其特征在于包括了动力输出模块、水平转向模块、主控制模块、传感器模块、无线通讯模块；水平转向模块包括了伺服电机和减速箱，并通过连接板与吊舱和艇囊相连接；传感器模块包括了三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁阻、气压高度计和GPS定位模块，获取飞艇的姿态和空间位置俯仰、横滚、方向角、经度、纬度、高度以及如图2所示的前后两吊舱与艇囊中轴所成角度角α和角β等姿态和空间位置数据；主控制模块包括了单片机控制芯片和输入控件，单片机控制芯片进行传感器数据采集、解算和控制输出，根据输入控件指令进行控制输出，并通过输入控件指令可进行无人飞艇前进、制动、后退和调节转弯半径等指令输入，同时根据传感器模块获得的数据进行解算并得出无人飞艇当前的姿态，并控制水平转向模块的伺服电机调整吊舱动力输出方向，从而实现航线和姿态的精确控制；通过无线通讯模块实现无人飞艇和地面控制***之间的实时双向通讯，实现无人飞艇获取指令而达到所命令的航向并实现航线精确控制功能。

获取指令而达到所命令的航向并实现航线精确控制功能，其关键在于将传感器模块获得的数据通过算法的解算整合，计算出无人飞艇的姿态和航向，在姿态控制模式下将无线通讯***从地面控制***接收到的姿态和航线指令作为无人飞艇的期望姿态和航线传输给转向水平转向模块，使无人飞艇调整至指定姿态和航向。

所述的无人飞艇姿态和航线控制，其特征在于通过操控地面控制***可同步控制无人飞艇飞行姿态和航线。在得到期望输入后主控制模块通过I2C协议获取三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁阻等传感器的数据，通过四元数与卡尔曼滤波等算法进行姿态解算，即下图中传感器测量H(s)环节，得到当前俯仰角、横滚角与方位角等姿态数据，再将其负反馈给位置PID(s)控制器和姿态PD(s)控制器，最后将期望输出输出给转向伺服电机G1(s)环节和动力电机G2(s)环节，从而实现无人飞艇姿态和航线精确控制功能。

Claims (3)

1.一种水平全向转动动力输出的飞艇吊舱***，其特征在于包括了动力输出模块、水平转向模块、主控制模块、传感器模块、无线通讯模块；水平转向模块包括了伺服电机和减速箱，并通过连接板与吊舱和艇囊相连接；传感器模块包括了三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁阻、气压高度计和GPS定位模块，获取飞艇的姿态和空间位置，主控制模块包括了单片机控制芯片和输入控件，单片机控制芯片进行传感器数据采集、解算和控制输出，根据输入控件指令进行控制输出,并通过无线通讯模块实时通讯；通过水平全向转动动力输出吊舱实现了动力全方位输出功能和航线自动修正功能。

2.依据权利要求1所述的吊舱动力全向输出，其特征在于利用相应的硬件模块实现下述控制方式：操控地面控制***可通过水平转向模块同步控制无人飞艇前后两个吊舱水平转动，并可通过控制前后两吊舱转动后与艇囊中轴所成的角度，实现直线前进、调节转弯半径、制动和直线后退等功能。

3.依据权利要求1所述的航线自动修正，其特征在于利用相应的算法实现下述控制方式：根据地面控制***所指定的航线，结合传感器模块识别的飞艇位置和姿态，通过主控模块采集、解算和控制输出，控制水平转向模块和动力输出模块修改动力输出方向和大小，实现姿态和航线反馈修正。