CN111708374A - 一种分布式动力无人机控制*** - Google Patents

一种分布式动力无人机控制*** Download PDF

Info

Publication number
CN111708374A
CN111708374A CN202010576583.8A CN202010576583A CN111708374A CN 111708374 A CN111708374 A CN 111708374A CN 202010576583 A CN202010576583 A CN 202010576583A CN 111708374 A CN111708374 A CN 111708374A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
bus
control
interface
pwm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010576583.8A
Other languages
English (en)
Inventor
张炜
马跃龙
杨志豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Huayu Xianxiang Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202010576583.8A priority Critical patent/CN111708374A/zh
Publication of CN111708374A publication Critical patent/CN111708374A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明提供了一种分布式动力无人机控制***，飞控模块作为整个***的信息处理中心，通过USART串口分别连接组合导航模块和数传电台模块，通过I2C总线连接空速和气流角采集模块，通过ADC电路接口连接电压/电流采集模块，通过PWM模块连接部分电调/舵机设备，通过CAN总线连接控制总线分线器，而控制总线分线器连接控制总线解码和PWM输出模块。本发明解决了分布式电推进飞机由于控制量过多而无法精准控制的问题，相对于传统方式，大幅度降低了信号线数量，节省了飞机成本，降低了飞机重量，实现了针对每一个控制量的精准控制，为高效飞行控制律的技术实现奠定了基础。

Description

一种分布式动力无人机控制***
技术领域
本发明涉及航空技术领域，尤其是一种无人机控制***，具体涉及一种分布式电推进无人机控制***。
背景技术
分布式动力无人机是指在飞机的机身、机翼前缘或者机翼后缘等部位上方布置多个小型推进器取代传统的大尺寸发动机的动力***。分布式动力飞机具有提高飞行安全性、提升气动效率、提升续航能力、降低发动机功耗、降低噪声污染和废气排放等优势。同时由于推进器分布较广的布局优点，分布式电推进飞机多具备垂直/短距起降能力。这使得分布式动力飞机在民用和军用航空领域有着广泛的前景，目前各国均已展开论证和设计验证，并且有多个型号已经进入试飞阶段。
当前普通电推进无人机动力***多由无刷直流电机和电子调速器组成，操纵舵面驱动采用电动舵机。舵机和电子调速器控制输入都为PWM波信号，飞行控制***硬件输出控制量均为PWM波。这种无人机控制量较少，一般的飞行控制***硬件均能满足PWM波控制量输出要求。但是分布式电推进无人机布置有多个电动涵道，加上各个舵面控制量，飞机控制量相对普通电推进无人机增加了好几倍，此时飞行控制***硬件控制输出若仍然使用PWM波，则一方面对飞行控制***硬件设计要求过高，增大硬件成本，另一方面需要连接多根控制信号线，飞机重量和成本大幅增加，得不偿失。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种分布式动力无人机控制***。本发明目的是针对分布式电推进无人机控制通道数量多、围绕动力段分布的特点，提供一种无人机控制信号传递的方式，以实现分布式电推进无人机控制到每个控制量的目标。采用通信总线将飞行控制***控制信号引出，然后以动力段为中心设计总线信号解码模块，将总线信号解码并转成PWM波信号输出到动力段各电动涵道电子调速器和操纵舵面，实现对各通道的精准控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种分布式动力无人机控制***，包括飞控模块、组合导航模块、空速和气流角采集模块、数传电台模块、电压/电流采集模块、PWM输出模块、CAN总线输出模块、控制总线分线器、控制总线解码及PWM输出模块。
飞控模块作为整个***的信息处理中心，通过USART串口分别连接组合导航模块和数传电台模块，通过I2C总线连接空速和气流角采集模块，通过ADC电路接口连接电压/电流采集模块，通过PWM模块连接部分电调/舵机设备，通过CAN总线连接控制总线分线器，而控制总线分线器连接控制总线解码和PWM输出模块。
所述组合导航模块将飞行器的导航数据通过USART发送到飞控模块，电压/电流采集模块通过ADC接口将飞机工作过程中的电源电压和电流数据发送到飞控模块，控制总线分线器通过CAN总线将来自控制总线解码及PWM输出模块的数据发送到飞控模块，数传电台通过USART串口将来自地面控制站的数据发送到飞控模块；飞控模块通过相同的接口将组合导航模块的修正和配置数据发送到组合导航模块，将飞机的状态数据发送到数传电台，数传电台将数据发送到地面控制站；飞控模块计算得到的控制数据通过CAN总线经控制总线分线器模块发送到控制总线解码及PWM输出模块。
所述飞控模块包括主控器MCU和***电路，***电路包括I2C总线、串口USART、ADC电路、CAN总线和PWM接口，***电路是主控器MCU与其他设备通信的重要接口；组合导航模块为飞控模块提供有效的导航信息，组合导航模块包括加速度计、气压/雷达高度计、陀螺仪、卫星解码和磁强计，组合导航模块的主控器通过对多源信息的融合，解算出飞行器的实时导航信息，然后将导航信息发送到飞控模块。
所述控制总线分线器包括分线板和总线接口，分线板由PCB电路板制成；飞控CAN总线接入分线板后，根据需要在PCB电路板上分为多路，并由总线接口输出至控制总线解码及PWM输出模块；同样，控制总线解码及PWM输出模块采集的电压/电流/涵道转速信息也通过总线分线器传输到飞控模块。
所述控制总线解码及PWM输出模块包括MCU主控器和其他***电路，其他***电路包括实时电压/电流采集电路、转速采集电路、CAN总线接口电路、PWM输出接口电路和预留的RS485/RS232接口；控制总线解码及PWM输出模块采集实时电压/电流和转速信息并经MCU主控器处理后，通过CAN总线接口将信息发出去；同时，通过CAN总线接口接收的飞控模块控制信号经MCU主控器解码后转换成PWM控制信号，并经PWM输出接口输出到各涵道和舵机等执行机构。
本发明的有益效果在于设计了一种分布式电推进飞机的控制***，利用CAN总线传输分布式电推进飞机的控制信号，并针对控制对象围绕动力段分布的特点设计了控制总线分线器和控制总线解码及PWM输出模块，解决了分布式电推进飞机由于控制量过多而无法精准控制的问题。相对于传统方式，本发明大幅度降低了信号线数量，节省了飞机成本，降低了飞机重量，实现了针对每一个控制量的精准控制，为高效飞行控制律的技术实现奠定了基础。
附图说明
图1为一种分布式电推进无人机飞行控制***总结构图。
图2为所述组合导航模块和飞控模块架构图。
图3为所述控制总线分线器。
图4为所述控制总线解码及PWM输出模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种分布式动力无人机控制***，包括飞控模块、组合导航模块、空速和气流角采集模块、数传电台模块、电压/电流采集模块、PWM输出模块、CAN总线输出模块、控制总线分线器、控制总线解码与PWM输出模块。组合导航模块、空速和气流角采集模块、数传电台模块、电压/电流采集模块、PWM输出模块、CAN总线输出模块、控制总线分线器、控制总线解码与PWM输出模块分别通过图示接口与飞控模块相连，飞控模块接收各模块的导航数据、空速数据、气流角数据、地面控制站数据、电压/电流数据和涵道转速数据后计算得到控制信号，然后将控制信号经CAN总线接口发送到控制总线分线器，各控制总线解码及PWM输出模块接收总线信号并解码输出。飞控模块具有控制信号总线输出功能，本发明能适用于多种控制总线，在此以CAN控制总线为例，控制总线分线器数量根据动力段数量灵活确定。控制总线解码和PWM波输出模块的数量由动力段数量确定，同时该模块具有总线接收解码、多个通道PWM波输出、电流/电压和涵道转速采集功能。
如图2所示，所述飞控模块和组合导航模块。组合导航模块采集了三轴磁场强度、三轴加速度、三轴陀螺仪、实时气压和对地雷达信号，解码卫星信号并融合多元导航信息输出飞行器三轴角速率、实时姿态角、对地速度、经纬度、海拔高度和真实高度等，然后将这些信息以确定的数据形式通过USART输出到飞控模块，同时组合导航模块能够通过USART接口接收飞控模块发送的导航配置和修正信息。飞控模块连接的传感器包括空速计、迎角/侧滑角传感器、电流/电压传感器等，传感器能够实时采集动力***电流/电压、空速、飞行迎角和侧滑角等数据。在此基础上主控器MCU能够实时处理飞行任务和传感器信息并利用得到的信息完成飞行控制律的实时解算，计算得到的控制量通过CAN总线接口输出到控制总线解码及PWM输出模块。除此之外，飞控模块能够按照需求将部分信息通过数传电台发送到地面控制站，也能通过数传电台接收地面控制站发送的数据。
如图3所示，所述控制总线分线器，分线器由带标准接口的PCB电路制成，本发明以一转三分线结构对本发明分线器进行说明，每路信号包括四线，分别是电源线、两根通信信号线和地线。实际应用过程中根据需求组成树形结构增加分线口以减少线材数量。首先将飞控模块输出的CAN控制信号通过通用接口转接到分线器上，然后在分线板上利用PCB电路板将信号分为三路，在每路信号输出端安装标准接口并分别接到控制总线解码及PWM输出模块上实现信号分流功能。
如图4所示，所述控制总线解码和PWM信号输出模块，包括CAN总线接口、实时电流/电压采集、转速采集、PWM输出接口、其他形式的信号总线接口电路和主控MCU。一方面该模块实时接收CAN总线控制信号并解码转成PWM信号输出到无人机动力段各电子调速器和控制舵机等执行机构，另一方面实时采集电动涵道工作电压/电流和涵道转速信号并实时接收其他通信总线形式的传感器信号，主控器完成解码和通信打包后通过CAN总线发送到飞控模块，从而实现多通道控制和重要信息采集。
图1描述了本发明整体结构和数据流走向，图2在图1基础上详细描述了本发明飞控模块和组合导航模块架构，图3在图1基础上详细描述了控制总线分线器的实现方式和结构，图4在图1的基础上描述了控制总线解码和PWM输出模块的原理结构。

Claims (4)

1.一种分布式动力无人机控制***，包括飞控模块、组合导航模块、空速和气流角采集模块、数传电台模块、电压/电流采集模块、PWM输出模块、CAN总线输出模块、控制总线分线器、控制总线解码及PWM输出模块，其特征在于：
所述的飞控模块作为整个***的信息处理中心，通过USART串口分别连接组合导航模块和数传电台模块，通过I2C总线连接空速和气流角采集模块，通过ADC电路接口连接电压/电流采集模块，通过PWM模块连接部分电调/舵机设备，通过CAN总线连接控制总线分线器，而控制总线分线器连接控制总线解码和PWM输出模块；
所述组合导航模块将飞行器的导航数据通过USART发送到飞控模块，电压/电流采集模块通过ADC接口将飞机工作过程中的电源电压和电流数据发送到飞控模块，控制总线分线器通过CAN总线将来自控制总线解码及PWM输出模块的数据发送到飞控模块，数传电台通过USART串口将来自地面控制站的数据发送到飞控模块；飞控模块通过相同的接口将组合导航模块的修正和配置数据发送到组合导航模块，将飞机的状态数据发送到数传电台，数传电台将数据发送到地面控制站；飞控模块计算得到的控制数据通过CAN总线经控制总线分线器模块发送到控制总线解码及PWM输出模块。
2.根据权利要求1所述的分布式动力无人机控制***，其特征在于：
所述飞控模块包括主控器MCU和***电路，***电路包括I2C总线、串口USART、ADC电路、CAN总线和PWM接口，***电路是主控器MCU与其他设备通信的重要接口；组合导航模块为飞控模块提供有效的导航信息，组合导航模块包括加速度计、气压/雷达高度计、陀螺仪、卫星解码和磁强计，组合导航模块的主控器通过对多源信息的融合，解算出飞行器的实时导航信息，然后将导航信息发送到飞控模块。
3.根据权利要求1所述的分布式动力无人机控制***，其特征在于：
所述控制总线分线器包括分线板和总线接口，分线板由PCB电路板制成；飞控CAN总线接入分线板后，根据需要在PCB电路板上分为多路，并由总线接口输出至控制总线解码及PWM输出模块；同样，控制总线解码及PWM输出模块采集的电压/电流/涵道转速信息也通过总线分线器传输到飞控模块。
4.根据权利要求1所述的分布式动力无人机控制***，其特征在于：
所述控制总线解码及PWM输出模块包括MCU主控器和其他***电路，其他***电路包括实时电压/电流采集电路、转速采集电路、CAN总线接口电路、PWM输出接口电路和预留的RS485/RS232接口；控制总线解码及PWM输出模块采集实时电压/电流和转速信息并经MCU主控器处理后，通过CAN总线接口将信息发出去；同时，通过CAN总线接口接收的飞控模块控制信号经MCU主控器解码后转换成PWM控制信号，并经PWM输出接口输出到各涵道和舵机等执行机构。
CN202010576583.8A 2020-06-22 2020-06-22 一种分布式动力无人机控制*** Pending CN111708374A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010576583.8A CN111708374A (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种分布式动力无人机控制***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010576583.8A CN111708374A (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种分布式动力无人机控制***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111708374A true CN111708374A (zh) 2020-09-25

Family

ID=72542204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010576583.8A Pending CN111708374A (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种分布式动力无人机控制***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111708374A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359803A (zh) * 2021-07-08 2021-09-07 沃飞长空科技(成都)有限公司 无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制***
CN113405712A (zh) * 2021-06-14 2021-09-17 西北工业大学 一种分布式电推进无人机的推力实时测试***及方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102114914A (zh) * 2011-01-21 2011-07-06 文杰 分布式动力多旋翼垂直起降飞行器及其控制方法
CN102402200A (zh) * 2010-09-09 2012-04-04 成都远景数控设备实业有限公司 一种伺服控制***
CN102426457A (zh) * 2011-11-20 2012-04-25 西北工业大学 一种微型扑翼飞行器飞控导航***
CN102902276A (zh) * 2012-10-12 2013-01-30 大连理工大学 一种基于偏振光传感器的飞行控制***
CN203708271U (zh) * 2014-02-26 2014-07-09 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种大型自控飞艇can网络组网结构
CN104238469A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 昊翔电能运动科技(昆山)有限公司 飞行器控制***
CN104597867A (zh) * 2014-11-28 2015-05-06 四川航空工业川西机器有限责任公司 总线分布式电气控制***
CN104615142A (zh) * 2014-12-19 2015-05-13 重庆大学 基于民用小型无人机的飞行控制器
CN104914872A (zh) * 2015-04-20 2015-09-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 适用于小型民用无人机的传感器双余度飞控计算机***
CN204808049U (zh) * 2015-05-22 2015-11-25 刘道满 一种具有无人机的通信***
CN105151292A (zh) * 2015-05-25 2015-12-16 郝思阳 分布式矢量推进***
CN206358366U (zh) * 2016-11-15 2017-07-28 上海圣尧智能科技有限公司 一种植保机一体化控制盒
CN108153279A (zh) * 2017-12-20 2018-06-12 上海默松控制***设备有限公司 一种eke硬件自动化测试装置
CN109144090A (zh) * 2018-10-22 2019-01-04 中国人民解放军国防科技大学 一种网络化通信的分布式无人机自驾仪
CN208939283U (zh) * 2018-09-28 2019-06-04 东莞市浩智汽车电子有限公司 一种农用无人直升机的飞控信号线束
CN110325929A (zh) * 2016-12-07 2019-10-11 阿瑞路资讯安全科技股份有限公司 用于检测有线网络变化的信号波形分析的***和方法
CN111268120A (zh) * 2020-03-11 2020-06-12 西北工业大学 一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102402200A (zh) * 2010-09-09 2012-04-04 成都远景数控设备实业有限公司 一种伺服控制***
CN102114914A (zh) * 2011-01-21 2011-07-06 文杰 分布式动力多旋翼垂直起降飞行器及其控制方法
CN102426457A (zh) * 2011-11-20 2012-04-25 西北工业大学 一种微型扑翼飞行器飞控导航***
CN102902276A (zh) * 2012-10-12 2013-01-30 大连理工大学 一种基于偏振光传感器的飞行控制***
CN104238469A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 昊翔电能运动科技(昆山)有限公司 飞行器控制***
CN203708271U (zh) * 2014-02-26 2014-07-09 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种大型自控飞艇can网络组网结构
CN104597867A (zh) * 2014-11-28 2015-05-06 四川航空工业川西机器有限责任公司 总线分布式电气控制***
CN104615142A (zh) * 2014-12-19 2015-05-13 重庆大学 基于民用小型无人机的飞行控制器
CN104914872A (zh) * 2015-04-20 2015-09-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 适用于小型民用无人机的传感器双余度飞控计算机***
CN204808049U (zh) * 2015-05-22 2015-11-25 刘道满 一种具有无人机的通信***
CN105151292A (zh) * 2015-05-25 2015-12-16 郝思阳 分布式矢量推进***
CN206358366U (zh) * 2016-11-15 2017-07-28 上海圣尧智能科技有限公司 一种植保机一体化控制盒
CN110325929A (zh) * 2016-12-07 2019-10-11 阿瑞路资讯安全科技股份有限公司 用于检测有线网络变化的信号波形分析的***和方法
CN108153279A (zh) * 2017-12-20 2018-06-12 上海默松控制***设备有限公司 一种eke硬件自动化测试装置
CN208939283U (zh) * 2018-09-28 2019-06-04 东莞市浩智汽车电子有限公司 一种农用无人直升机的飞控信号线束
CN109144090A (zh) * 2018-10-22 2019-01-04 中国人民解放军国防科技大学 一种网络化通信的分布式无人机自驾仪
CN111268120A (zh) * 2020-03-11 2020-06-12 西北工业大学 一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405712A (zh) * 2021-06-14 2021-09-17 西北工业大学 一种分布式电推进无人机的推力实时测试***及方法
CN113405712B (zh) * 2021-06-14 2024-01-19 西北工业大学 一种分布式电推进无人机的推力实时测试***及方法
CN113359803A (zh) * 2021-07-08 2021-09-07 沃飞长空科技(成都)有限公司 无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制***
CN113359803B (zh) * 2021-07-08 2023-03-10 沃飞长空科技(成都)有限公司 无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101694587B (zh) 一种应用于微小型飞行器的集群控制***
CN102424112A (zh) 微小型四旋翼飞行器的三层机载飞控装置
CN205150226U (zh) 基于倾转机身式旋翼无人机的空中巡逻***
CN103365295A (zh) 基于dsp的四旋翼无人飞行器自主悬停控制***及方法
CN104816824A (zh) 基于双飞控***的固定结构式垂直起降飞机及其控制方法
CN1929335A (zh) 基于蜂窝移动通信的无人驾驶飞行器控制***
CN102331783A (zh) 一种用于室内飞艇的自动驾驶仪
CN100541372C (zh) 一种无人机发动机意外停车下的自动归航控制方法
CN105468009A (zh) 应用于微小型飞行器的多动力融合飞控***以及方法
CN111708374A (zh) 一种分布式动力无人机控制***
CN102945048A (zh) 多螺旋桨飞行器控制装置
CN110134133A (zh) 一种多旋翼自动控制无人机***
CN2820701Y (zh) 一种轻型无人驾驶飞艇
CN110749943A (zh) 一种基于气象无人机的气象探测***
CN114296476A (zh) 一种高速靶机飞行控制***和控制方法
CN201004180Y (zh) 无人机姿态控制***
CN205221109U (zh) 多轴载人飞行器
CN106741908A (zh) 一种阵列式多旋翼飞行器
CN206615393U (zh) 一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机
CN203528810U (zh) 一种无人机
CN205230375U (zh) 无人机目标跟踪***
CN107571990A (zh) 一种高灵敏度的三轴无人机
CN209427018U (zh) 一种新型光电混合水空两栖飞行器
CN113277076B (zh) 垂直起降固定翼无人机螺旋桨减阻装置及其控制方法
CN207932005U (zh) 一种固定翼无人飞行器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20220523

Address after: 712000 508-1, qinchuangyuan Kechuang building, Xixian financial port, Xixian New District, Xi'an City, Shaanxi Province

Applicant after: Shaanxi Huayu Xianxiang Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: 710072 No. 127 Youyi West Road, Shaanxi, Xi'an

Applicant before: Northwestern Polytechnical University