[发明专利]一种用于飞行控制的集成式试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器的飞行控制试验装置。

背景技术

有人驾驶飞行器在研制过程中，考虑到研制风险、周期和成本的因素，往往先做一个缩比模型进行原理验证，以验证前期的总体设计效果，也用于飞行控制系统的预先开发和试验。缩比飞机与原型飞机的控制律具有相似性和可移植性，这对于加快原型飞机控制系统的研发周期，减少原型机空中试验架次，减少试验风险，都具有重要的意义。

原型飞机的飞行控制系统重量和体积都较大，直接向缩比飞机移植是不可行的，缩比飞机的飞行控制要求具有重量轻、体积小、功耗低等特点。另外，因为该缩比飞机是飞行试验的平台，所以其飞行控制系统要利于飞行程序更新，方便控制参数更改，便于飞行历史数据读取。

无人机的飞行控制系统目前也有采用小型化设计，采用小型化的计算机、小型化的分立传感器，但一个单独的功能就需要一个独立的设备，不利于系统集成，存在着结构不紧凑、体积大、功耗高、成本高、不利于功能与算法的综合等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明设计了一种用于飞行控制的集成式试验装置，实现飞行控制律解算、控制命令输入采集、舵机控制、飞行参数记录、控制参数调试、导航信息提供等功能，用于缩比飞机的飞行控制研究，为原型机的飞控系统研制提供验证参考。当然，该装置也可直接用于无人驾驶飞机上，实现无人机的自动飞行控制。

本发明采取的技术方案为：一种用于飞行控制的集成式试验装置，包括飞控计算机母板和多传感器组合的子板，飞控计算机母板包括算法运算的中央处理器、飞行控制器参数配置存储器EEPROM和飞行数据存储器SD卡、用于外部PWM（比例脉宽调制）信号输入的端口以及对舵机进行控制的PWM信号输出端口、可进行AD转换及DA转换的端子，飞行控制器参数配置存储器EEPROM和飞行数据存储器SD卡通过SPI、I²C总线与中央处理器连接；子板包括集成式三轴加速度计和三轴磁力计、三轴角速度陀螺仪、气压高度计和空速计以及全球定位系统GPS模块；集成式三轴加速度计和三轴磁力计、三轴角速度陀螺仪、气压高度计通过I²C总线与母板相连，空速计以及全球定位系统GPS模块分别通过AD转换接口和UART接口与母板相连。

进一步地，上述母板设置有用于更新算法程序的串口和电台或仿真计算机等外部设备通信的串口。

进一步地，上述母板设置有可实现以太网通信的以太网接口。

进一步地，上述母板中的PWM信号输入的端口和PWM信号输出端口与外界之间设置有光隔离芯片。

进一步地，上述角速率陀螺采用低通硬件滤波器，加速度和磁力计芯片采用带截止频率的低通硬件滤波器。

进一步地，上述EEPROM分区域存储，分别存储控制器的PID参数和现代控制理论的控制器A、B、C、D阵。

进一步地，上述SD卡中飞行数据存储文件采用FAT16格式，文件命名采用GPS的标准时间制。

进一步地，上述传感器子板有旋钮开关能够根据使用环境特点调整飞行控制器的使用范围。

进一步地，上述AD和DA端子，由跳线控制传感器单独供电或装置本身供电压。

本发明的有益技术效果是：本发明的方案以STM32F处理器为核心，该装置体积更小，功能更集成：72M处理能力，满足导航和控制律运算要求；具有片内Flash，不用采用外部存储器，就能满足飞控程序存储要求；接口更丰富，满足外设接入和地面仿真要求；11个定时器，不用另外采用FPGA，就能实现8路遥控信号的采集和8路舵机的控制。

传感器子板采用集成化设计，相比于传统方案，该方案功能更集成，体积更小巧，重量更轻：加速度计和磁航向计集成在一个芯片中，陀螺仪、气压高度计等都是选用小体积、低功耗的芯片。此外，对GPS、惯性器件及大气数据模块的输出进行数据融合，进一步提高了导航精度。

该装置以试验为目的将控制参数和飞行参数的存储进行了单独设计，更利于飞行控制的试验验证：串口1用来更新飞行控制程序，串口2用来更新EEPROM里的飞行控制参数，SD卡记录飞行数据便于事后分析，以太网接口用于地面仿真输出状态数据，分离的功能使得飞行控制试验便利化；AD和DA端子便于传感器和控制设备的进一步扩展；传感器子板上的旋钮开关能够根据使用环境特点调整量程，扩大了装置的使用范围。另外，母板和子板分离结合的模式，便于不同硬件的更新换代，利于节约研发时间和成本。