CN106672224A - 一种无人机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机及其控制方法，该无人机包括：飞行控制***、电子调速器、多个电机和连接于电机的螺旋桨；电子调速器包括脉宽调制信号输入端和多个电机转速信号输出端，脉宽调制信号输入端与飞行控制***连接，多个电机转速信号输出端与多个电机分别连接；电子调速器用于接收飞行控制***分解的脉宽调制信号，根据脉宽调制信号生成多路电机转速信号，并将生成的多路电机转速信号输出给多个电机。本发明实施例公开的无人机及其控制方法，将各独立的多个电子调速器整合成一个电子调速器，可在不改变原来工作方式的前提下，省去多根动力线和信号线，减少了无人机的体积和重量。

Description

一种无人机及其控制方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机及其控制方法。
背景技术
无人机(无人驾驶飞机)，是目前开始逐渐实用化的一种飞行器，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点。在无人机上装载多类传感器，例如摄像头，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，广泛应用于消防、军事、交通、警务、勘探以及气象等领域，以实现对指定区域的巡航拍摄和监视。
目前无人机驱动***通常采用直流无刷电机和电子调速器，电子调速器控制直流无刷电机以预设参数(例如，速度、方向等)转动，以带动螺旋桨一同以预设参数运动。由于在多旋翼无人机中，螺旋桨的转动方向有所不同，需要通过控制不同螺旋桨对应的直流无刷电机不同的方向旋转，不同螺旋桨对应的直流无刷电机都包括对应的电子调速器，例如：四旋翼无人机中，包括四个电机和四个电子调速器。因此在多旋翼无人机中，多个电子调速器都是相对独立的。
现有的多旋翼无人机，相对独立的多个电子调速器，占用的空间和体积都较大，不利于无人机小型化的发展。另外，过多的器件很容易产生一系列问题，例如：电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)、电磁干扰(Electro Magnetic Interference，EMI)和发热等等。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种无人机及其控制方法，旨在解决现有技术中存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种无人机，所述无人机包括：飞行控制***、电子调速器、多个电机和连接于电机的螺旋桨；
所述飞行控制***，用于将指令信号与飞机姿态信号分解成脉宽调制信号；
所述电子调速器包括脉宽调制信号输入端和多个电机转速信号输出端，所述脉宽调制信号输入端与所述飞行控制***连接，所述多个电机转速信号输出端与所述多个电机分别连接；所述电子调速器用于接收所述飞行控制***分解的脉宽调制信号，根据脉宽调制信号生成多路电机转速信号，并将生成的多路电机转速信号输出给所述多个电机；
所述电机包括电机转速信号输入端，所述电机转速信号输入端与所述电子调速器的电机转速信号输出端连接，用于根据接收到的转速信号驱动螺旋桨旋转。
可选地，所述电子调速器包括控制电路和逆变电路；
所述控制电路用于接收所述飞行控制***分解的脉宽调制信号，并根据所述脉宽调制信号驱动所述逆变电路生成多路电机转速信号。
可选地，所述电子调速器还包括过零检测电路；
所述过零检测电路用于检测电机过零信号；
所述控制电路用于接收所述过零检测电路检测的电机过零信号，并根据所述电机过零信号驱动所述逆变电路生成电机转速信号。
可选地，所述电子调速器还包括滤波电路；
所述滤波电路用于对直流电源进行滤波并输出给所述控制电路。
可选地，所述滤波电路包括贴片式陶瓷电容。
可选地，所述电子调速器还包括运算放大电路；
所述运算放大电路用于检测预设电阻电压信号，进行放大处理后输出给所述控制电路。
可选地，所述逆变电路包括三路开关管变换模块；
可选地，所述开关管包括金属-氧化物半导体场效应晶体管或者晶闸管。
可选地，所述电子调速器还包括烧写电路；
所述烧写电路用于将软件程序代码写入所述控制电路。
为实现上述目的，本发明实施例还提供一种上述的无人机的控制方法，所述控制方法包括：
获取指令信号与飞机姿态信号；
将获取到的指令信号与飞机姿态信号分解成脉宽调制信号；
根据脉宽调制信号生成多路电机转速信号，并将生成的多路电机转速信号输出给多个电机；
根据生成的转速信号驱动螺旋桨旋转。
本发明实施例提供的无人机及其控制方法，将各独立的多个电子调速器整合成一个电子调速器，可在不改变原来工作方式的前提下，省去多根动力线和信号线，减少了无人机的体积和重量。
附图说明
图1为本实施例的无人机的结构示意图；
图2为本实施例的无人机中电子调速器的结构示意图；
图3为本实施例的无人机电子调速器中控制电路的结构示意图；
图4为本实施例的无人机电子调速器中过零检测电路的结构示意图；
图5为本实施例的无人机电子调速器中滤波电路的结构示意图；
图6为本实施例的无人机电子调速器中运算放大电路的结构示意图；
图7为本实施例的无人机电子调速器中烧写电路的结构示意图；
图8为本实施例的无人机电子调速器中逆变电路的结构示意图；
图9为本实施例的无人机控制方法流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现在将参考附图描述实现本发明各个实施例的。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明。
如图1所示，本发明实施例提出一种无人机，该无人机包括：飞行控制***101、电子调速器102、四个电机103和连接于电机的四个螺旋桨(图中未示出)。
飞行控制***101，用于将指令信号与飞机姿态信号分解成脉宽调制信号。
电子调速器102包括脉宽调制信号输入端和四个电机转速信号输出端，脉宽调制信号输入端与飞行控制***101连接，四个电机转速信号输出端与四个电机103分别连接；电子调速器102用于接收飞行控制***101分解的脉宽调制信号，根据脉宽调制信号生成四路电机转速信号，并将生成的四路电机转速信号输出给四个电机103。四个电机103驱动四个螺旋桨，产生不同的升力，使得无人机完成不同姿态调整。
电机103包括电机转速信号输入端，电机转速信号输入端与电子调速器102的电机转速信号输出端连接，用于根据接收到的转速信号驱动螺旋桨旋转。
需要说明的是，图1只是示例地给出四旋翼无人机结构示意图。本发明的发明思想同样适用于六旋翼、八旋翼等多旋翼无人机，例如在八旋翼无人机中，电子调速器102可包括脉宽调制信号输入端和八个电机转速信号输出端，电子调速器102接收飞行控制***101分解的脉宽调制信号，根据脉宽调制信号生成八路电机转速信号，并将生成的八路电机转速信号输出给八个电机103。八个电机103驱动八个螺旋桨，产生不同的升力，使得无人机完成不同姿态调整。
本发明实施例提供的无人机，将各独立的多个电子调速器整合成一个电子调速器，可在不改变原来工作方式的前提下，省去多根动力线和信号线，减小了无人机的体积和重量。
请参考图2所示，在本实施例中，电子调速器102可包括控制电路1026和逆变电路1024；
控制电路1026用于接收飞行控制***101分解的脉宽调制信号，并根据脉宽调制信号驱动逆变电路1024生成多路电机转速信号。图3示出了控制电路1026的一种结构示意图。
在本实施例中，逆变电路1024包括三路开关管变换模块；开关管包括金属-氧化物半导体场效应晶体管或者晶闸管。请参考图8所示，图8为逆变电路1024的一种示例结构图。当开关管采用金属-氧化物半导体场效应晶体管时，由于金属-氧化物半导体场效应晶体管时(MOSFET)是整个电子调速器的主要热源，散热面积减小了，为了优化散热，可选用了内阻更低的金属-氧化物半导体场效应晶体管。
进一步地，电子调速器102还可包括过零检测电路1021；过零检测电路1021用于检测电机过零信号；控制电路1026用于接收过零检测电路1021检测的电机过零信号，并根据电机过零信号驱动逆变电路1024生成电机转速信号。请参考图4所示，图4为过零检测电路1021的一种示例结构图。
进一步地，电子调速器102还可包括滤波电路1022；滤波电路1022用于对直流电源进行滤波并输出给控制电路1026。滤波电路1022包括贴片式陶瓷电容。请参考图5所示，图5为滤波电路1022的一种示例结构图。电容C53、C54、C55、C56及C57，可采用贴片式陶瓷电容，简化重量与空间。
进一步地，电子调速器102还可包括运算放大电路1023；运算放大电路1023用于检测预设电阻电压信号，进行放大处理后输出给控制电路1026。请参考图6所示，图6为运算放大电路1023的一种示例结构图。
进一步地，电子调速器102还可包括烧写电路1025；烧写电路1025用于将软件程序代码写入控制电路1026。请参考图7所示，图7为烧写电路1025的一种示例结构图。
请查看图9所示，本发明实施例还提供一种基于图1-图8的无人机的控制方法，该控制方法包括步骤：
S20：获取指令信号与飞机姿态信号；
S21：将获取到的指令信号与飞机姿态信号分解成脉宽调制信号；
S22：根据脉宽调制信号生成多路电机转速信号，并将生成的多路电机转速信号输出给多个电机；
S23：根据生成的转速信号驱动螺旋桨旋转。
综上，本发明实施例提供的无人机及其控制方法，将各独立的多个电子调速器整合成一个电子调速器，可在不改变原来工作方式的前提下，省去多根动力线和信号线，减少了无人机的体积和重量。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括：飞行控制***、电子调速器、多个电机和连接于电机的螺旋桨；
所述飞行控制***，用于将指令信号与飞机姿态信号分解成脉宽调制信号；
所述电子调速器包括脉宽调制信号输入端和多个电机转速信号输出端，所述脉宽调制信号输入端与所述飞行控制***连接，所述多个电机转速信号输出端与所述多个电机分别连接；所述电子调速器用于接收所述飞行控制***分解的脉宽调制信号，根据脉宽调制信号生成多路电机转速信号，并将生成的多路电机转速信号输出给所述多个电机；
所述电机包括电机转速信号输入端，所述电机转速信号输入端与所述电子调速器的电机转速信号输出端连接，用于根据接收到的转速信号驱动螺旋桨旋转。
2.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，所述电子调速器包括控制电路和逆变电路；
所述控制电路用于接收所述飞行控制***分解的脉宽调制信号，并根据所述脉宽调制信号驱动所述逆变电路生成多路电机转速信号。
3.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于，所述电子调速器还包括过零检测电路；
所述过零检测电路用于检测电机过零信号；
所述控制电路用于接收所述过零检测电路检测的电机过零信号，并根据所述电机过零信号驱动所述逆变电路生成电机转速信号。
4.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于，所述电子调速器还包括滤波电路；
所述滤波电路用于对直流电源进行滤波并输出给所述控制电路。
5.根据权利要求4所述的一种无人机，其特征在于，所述滤波电路包括贴片式陶瓷电容。
6.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于，所述电子调速器还包括运算放大电路；
所述运算放大电路用于检测预设电阻电压信号，进行放大处理后输出给所述控制电路。
7.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于，所述逆变电路包括三路开关管变换模块；
8.根据权利要求7所述的一种无人机，其特征在于，所述开关管包括金属-氧化物半导体场效应晶体管或者晶闸管。
9.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于，所述电子调速器还包括烧写电路；
所述烧写电路用于将软件程序代码写入所述控制电路。
10.一种基于权利要求1-9任一所述的无人机的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取指令信号与飞机姿态信号；
将获取到的指令信号与飞机姿态信号分解成脉宽调制信号；
根据脉宽调制信号生成多路电机转速信号，并将生成的多路电机转速信号输出给多个电机；
根据生成的转速信号驱动螺旋桨旋转。
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