一種雙余度飛行控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種雙余度飛行控制系統(tǒng)，包括主控制系統(tǒng)和從控制系統(tǒng)；所述主控制系統(tǒng)包括主控制器和連接主控制器的第一IMU慣性測量單元、第一磁羅盤單元和第一衛(wèi)星導航單元；所述從控制系統(tǒng)包括從控制器和連接從控制器的第二IMU慣性測量單元、第二磁羅盤單元和第二衛(wèi)星導航單元；所述從控制器通過數(shù)據(jù)總線與所述主控制器連接，所述主控制器與飛行器的電子調(diào)速器連接以控制飛行器動作。本實用新型雙余度飛行控制系統(tǒng)降低了飛行器事故的發(fā)生，提高了安全性和可靠性。
【專利說明】一種雙余度飛行控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及飛行控制領域，具體涉及一種雙余度飛行控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]飛行控制系統(tǒng)是飛行器的重要組成部分，搭載著飛行控制算法并控制飛行器的飛行狀態(tài)，主要功能有兩個:一是飛行控制，即控制飛行器在空中保持飛行姿態(tài)與航跡的穩(wěn)定，以及按地面無線電遙控指令或者預先設定好的高度、航線、航向、姿態(tài)角等改變飛行姿態(tài)與航跡，保證飛行器的穩(wěn)定飛行，即所謂的自動駕駛；二是飛行管理，即完成飛行狀態(tài)參數(shù)采集、導航計算、遙測數(shù)據(jù)傳送、故障診斷處理、應急情況處理、任務設備的控制與管理等工作。
[0003]目前的飛行控制系統(tǒng)，均采用獨立的傳感器采集飛行數(shù)據(jù)，飛行控制系統(tǒng)接收到傳感器傳送的飛行數(shù)據(jù)后，通過姿態(tài)算法運算后輸出控制信號，操縱飛行器的飛行。但是這些傳感器很容易受到其他電子設備的干擾而出現(xiàn)故障，或在飛行過程中產(chǎn)生的震動可能使相應的連線松脫，會使飛行控制系統(tǒng)出錯，導致炸機等損害飛行器的現(xiàn)象，可靠性較差，安全性低。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型提出了一種更穩(wěn)定、更安全的雙余度飛行控制系統(tǒng)，技術方案如下:
[0005]一種雙余度飛行控制系統(tǒng)，包括主控制系統(tǒng)和從控制系統(tǒng)；所述主控制系統(tǒng)包括主控制器和連接主控制器的第一 IMU慣性測量單元、第一磁羅盤單元和第一衛(wèi)星導航單元；所述從控制系統(tǒng)包括從控制器和連接從控制器的第二 IMU慣性測量單元、第二磁羅盤單元和第二衛(wèi)星導航單元；所述從控制器通過數(shù)據(jù)總線與所述主控制器連接，所述主控制器與飛行器的電子調(diào)速器連接以控制飛行器動作。
[0006]其中，所述主控制器輸出PWM方波信號至所述電子調(diào)速器以控制所述電子調(diào)速器動作。
[0007]進一步的，所述主控制器與飛行器的任務載荷連接以控制任務載荷動作。
[0008]進一步的，所述主控制器與飛行器的遙控信號接收器連接。
[0009]其中，所述第一衛(wèi)星導航單元包括GPS導航模塊和/或北斗導航模塊，所述第二衛(wèi)星導航單元包括GPS導航模塊和/或北斗導航模塊。
[0010]優(yōu)選的，所述主控制器包括依次平行設置的第一、第二、和第三電路板，所述第一IMU慣性測量單元和第一磁羅盤單元設置在所述第二電路板上；所述第一電路板和第三電路板在兩端分別通過接線端子連接，所述第二電路板和第三電路板通過柔性信號線連接。
[0011]進一步的，所述主控制系統(tǒng)還包括平行于所述第二電路板的第一增重板和第二增重板，所述第一增重板、第二電路板、第二增重板依次固定連接形成整體結構。
[0012]進一步的，所述主控制系統(tǒng)還包括第一減振墊和第二減振墊；所述第一電路板、第一減振墊、整體結構、第二減振墊、以及第三電路板依次粘結。
[0013]優(yōu)選的，所述從控制器包括依次平行設置的第一、第二、和第三電路板，所述第二IMU慣性測量單元和第二磁羅盤單元設置在所述第二電路板上；所述第一電路板和第三電路板在兩端分別通過接線端子連接，所述第二電路板和第三電路板通過柔性信號線連接。
[0014]進一步的，所述從控制系統(tǒng)還包括平行于所述第二電路板的第一增重板和第二增重板，所述第一增重板、第二電路板、第二增重板依次固定連接形成整體結構。
[0015]進一步的，所述從控制系統(tǒng)還包括第一減振墊和第二減振墊；所述第一電路板、第一減振墊、整體結構、第二減振墊、以及第三電路板依次粘結。
[0016]本實用新型雙余度飛行控制系統(tǒng)，由主控和從控組成，包括兩套獨立的傳感器，將主控制器和從控制器通過數(shù)據(jù)總線連接起來，平時互相備份，當主控制器或從控制器的某個傳感器(如MU慣性測量單元、磁羅盤、GPS單元)出現(xiàn)故障無法正常工作時，就自動切換到另外一個控制器的傳感器繼續(xù)工作，從而在不需要人工干預的情況下，保證系統(tǒng)能繼續(xù)控制飛行器飛行，從而大大降低了飛行器事故的發(fā)生，提高了安全性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型雙余度飛行控制系統(tǒng)的示意圖。
[0018]圖2為本實用新型雙余度飛行控制系統(tǒng)的電路圖。
[0019]圖3為本實用新型主控制系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0021]飛行器以多個電機作為動力裝置，通過調(diào)節(jié)電機轉速來控制飛行狀態(tài)。飛行控制系統(tǒng)在飛行器上的主要功能有兩個:一是飛行控制，即控制飛行器在空中保持飛行姿態(tài)與航跡的穩(wěn)定，以及按地面無線電遙控指令或者預先設定好的高度、航線、航向、姿態(tài)角等改變飛行姿態(tài)與航跡，保證飛行器的穩(wěn)定飛行，即所謂的自動駕駛；二是飛行管理，即完成飛行狀態(tài)參數(shù)采集、導航計算、遙測數(shù)據(jù)傳送、故障診斷處理、應急情況處理、任務設備的控制與管理等工作。因此，飛行控制系統(tǒng)的性能好壞直接關系著飛行器能否安全可靠的飛行。
[0022]參考圖1所示為本實用新型的一個實施例，包括主控制系統(tǒng)和從控制系統(tǒng)；所述主控制系統(tǒng)包括主控制器和連接主控制器的第一 IMU(Inertial Measurement Unit)慣性測量單元、第一磁羅盤單元和第一衛(wèi)星導航單元；所述從控制系統(tǒng)包括從控制器和連接從控制器的第二 MU慣性測量單元、第二磁羅盤單元和第二衛(wèi)星導航單元；所述從控制器通過數(shù)據(jù)總線與所述主控制器連接，所述主控制器與飛行器的電子調(diào)速器連接以控制飛行器動作。
[0023]參考圖2所示為本實用新型實施例的電路圖，從圖中可以看出，所述主控制器的輸出端M1-M8與飛行器的電機的電子調(diào)速器連接，以控制飛行器動作。其中，所述主控制器輸出PWM方波信號至所述電子調(diào)速器以控制所述電子調(diào)速器動作。[0024]所述主控制器和從控制器的GPS端口與GPS導航模塊，例如GPS接收器連接。當然，本實施例也可以采用北斗導航模塊，或者采用GPS和北斗雙導航模塊。
[0025]所述從控制器通過數(shù)據(jù)總線與所述主控制器連接，將第一、第二 MU慣性測量單元、第一、第二磁羅盤單元、以及第一、第二衛(wèi)星導航單元測量出的飛行數(shù)據(jù)互相進行傳輸，以互相進行備份。
[0026]所述主控制器的輸出端還可以與飛行器的各種任務載荷連接，以控制任務載荷運行動作，例如，本實施例中，所述主控制器的輸出端PTZ1-PTZ3與飛行器的云臺控制器連接，以控制云臺的動作和姿態(tài)。其中，所述主控制器輸出PWM方波信號至所述云臺控制器以控制所述云臺控制器動作。
[0027]所述主控制器與飛行器的WIFI模塊連接，以支持飛行器和地面站通信，從而將飛行器的飛行數(shù)據(jù)同步或定時保存到地面站中，便于地面站回放航跡和分析飛行數(shù)據(jù)。
[0028]所述主控制器的輸出端還連接飛行器的LED指示燈，以顯示飛行器的工作狀態(tài)。所述主控制器與飛行器的遙控信號接收器連接，以接收遙控命令并作出相應控制。
[0029]本實用新型雙余度飛行控制系統(tǒng)的工作過程如下:主控制器對IMU慣性測量單元測得的三圍加速度數(shù)據(jù)、三軸角速度數(shù)據(jù)、以及磁羅盤測得航向數(shù)據(jù)進行處理分析，進行姿態(tài)控制處理；主控制器引用衛(wèi)星信號測得經(jīng)緯度、高度數(shù)據(jù)、及航速數(shù)據(jù)，進行飛行位置計算和校正。主從兩套獨立的MU慣性測量單元、磁羅盤、衛(wèi)星導航單元都可以相互切換使用。飛行器在天上飛行時，雙余度飛行控制器對傳感器傳送的數(shù)據(jù)進行融合處理，當判斷出任一傳感器出現(xiàn)故障或錯誤時，會自動無縫切換到備份設備并報警提示用戶。從而將系統(tǒng)失效率降低到幾乎不會發(fā)生的概率，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。
[0030]圖2中的電路連接方式僅為示例，具體接口位置、接線數(shù)量、外接設備并不局限于圖2中的樣式，凡是依照本實用新型的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，均應在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
[0031]參考圖3所示為本實用新型主控制系統(tǒng)的結構示意圖。所述主控制器包括依次平行設置的第一電路板1、第二電路板2、和第三電路板3，所述第一 MU慣性測量單元和第一磁羅盤單元設置在所述第二電路板2上；所述第一電路板I和第三電路板3在兩端分別通過接線端子5連接，所述第二電路板2和第三電路板3通過柔性信號線6連接。所述主控制系統(tǒng)還包括平行于所述第二電路板2的第一增重板11和第二增重板12，所述第一增重板11、第二電路板2、第二增重板12依次固定連接形成整體結構。所述主控制系統(tǒng)還包括第一減振墊101和第二減振墊102 ;所述第一電路板1、第一減振墊101、整體結構、第二減振墊102、以及第三電路板3依次粘結。
[0032]所述從控制系統(tǒng)可以設置為和主控制系統(tǒng)一樣的結構，這里不再做重復說明。
[0033]本實用新型的控制器包括3個電路板，將IMU慣性測量單元和磁羅盤單元這些對振動性能要求高的元器件集成在第二電路板上，通過設置增重板和減振墊來改善振動特性，從而提高測量的穩(wěn)定性。
[0034]本實用新型雙余度飛行控制系統(tǒng)，由主控和從控組成，包括兩套獨立的傳感器，主控制器通過與電機和其它模塊連接，配合外圍電子設備實現(xiàn)自動控制飛行器飛行的功能，將主控制器和從控制器通過數(shù)據(jù)總線連接起來，平時互相備份，當主控制器或從控制器的某個傳感器(如MU慣性測量單元、磁羅盤、GPS單元)出現(xiàn)故障無法正常工作時，就自動無縫切換到另外一個控制器的傳感器繼續(xù)工作，從而在不需要人工干預的情況下，保證系統(tǒng)能繼續(xù)控制飛行器飛行，從而大大降低了飛行器事故的發(fā)生，提高了安全性和可靠性。
[0035]以上依據(jù)圖式所示的實施例詳細說明了本實用新型的構造、特征及作用效果，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型不以圖面所示限定實施范圍，凡是依照本實用新型的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，均應在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種雙余度飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 主控制系統(tǒng)和從控制系統(tǒng)；所述主控制系統(tǒng)包括主控制器和連接主控制器的第一 IMU慣性測量單元、第一磁羅盤單元和第一衛(wèi)星導航單元；所述從控制系統(tǒng)包括從控制器和連接從控制器的第二 MU慣性測量單元、第二磁羅盤單元和第二衛(wèi)星導航單元； 所述從控制器通過數(shù)據(jù)總線與所述主控制器連接，所述主控制器與飛行器的電子調(diào)速器連接以控制飛行器動作。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器輸出PWM方波信號至所述電子調(diào)速器以控制所述電子調(diào)速器動作。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器與飛行器的任務載荷連接以控制任務載荷動作。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器與飛行器的遙控信號接收器連接。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一衛(wèi)星導航單元包括GPS導航模塊和/或北斗導航模塊，所述第二衛(wèi)星導航單元包括GPS導航模塊和/或北斗導航模塊。
6.如權利要求1-5任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器包括依次平行設置的第一、第二、和第三電路板，所述第一 IMU慣性測量單元和第一磁羅盤單元設置在所述第二電路板上； 所述第一電路板和第三電路板在兩端分別通過接線端子連接，所述第二電路板和第三電路板通過柔性信號線連接。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制系統(tǒng)還包括平行于所述第二電路板的第一增重板和第二增重板，所述第一增重板、第二電路板、第二增重板依次固定連接形成整體結構。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制系統(tǒng)還包括第一減振墊和第二減振墊；所述第一電路板、第一減振墊、整體結構、第二減振墊、以及第三電路板依次粘結。
9.如權利要求1-5任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述從控制器包括依次平行設置的第一、第二、和第三電路板，所述第二 IMU慣性測量單元和第二磁羅盤單元設置在所述第二電路板上； 所述第一電路板和第三電路板在兩端分別通過接線端子連接，所述第二電路板和第三電路板通過柔性信號線連接。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述從控制系統(tǒng)還包括平行于所述第二電路板的第一增重板和第二增重板，所述第一增重板、第二電路板、第二增重板依次固定連接形成整體結構。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述從控制系統(tǒng)還包括第一減振墊和第二減振墊；所述第一電路板、第一減振墊、整體結構、第二減振墊、以及第三電路板依次粘結。
【文檔編號】G05D1/08GK203786564SQ201420197623
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權日:2014年4月22日
【發(fā)明者】楊建軍, 孫宏濤 申請人:零度智控（北京）智能科技有限公司