[发明专利]小型无人直升机开发测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及无人直升机控制领域。

背景技术

在最近几十年中，无人直升机日益受到研究人员的关注并且不断被应用于军事和民用领域，比如战场上的火力支援、通信中继、科学考察、森林火灾的监控、危险区域的搜救等等。在无人直升机平台上加挂电子设备和传感器，通过远程无线控制实现半自主、自主巡航、悬停，来完成各种不同的任务。无人直升机自动驾驶仪的开发是个复杂的过程，前期需要对无人直升机建模、设计控制器和仿真，然后再进行现场飞行测试。由于无人直升机模型精度的限制和仿真与真实环境之间的差异，目前无人直升机飞行控制仿真和飞行测试实验还不能实现无缝对接，仿真环境下能够稳定工作的控制器在现场实验中就未必能可靠工作，仍需要通过反复实验来弥补仿真的不足。一款成熟的无人直升机需要经过反复的离线仿真与飞行测试，以致开发周期极长。另一个棘手的问题是实验过程中如果不对无人直升机加以防护很容易失控摔机，一旦发生摔机现象就会损坏无人直升机和机载电子设备，增加实验成本，更为严重的是可能对实验人员造成人身伤害。

发明内容

本发明的目的是实现模型仿真和飞行实验的无缝对接，以及无人直升机在现场环境中对飞行信息的无线监控，从而提供一种小型无人直升机开发测试平台。

小型无人直升机开发测试平台，它包括上位机控制单元1和底层控制单元12；

所述上位机控制单元1包括PC机MATLAB/SIMULINK开发工具包2、一号无线通信模块10和一号天线11；

所述PC机MATLAB/SIMULINK开发工具包2包括导航传感器数据预处理模块3、系统模型辨识模块4、在线仿真测试模块5、现场飞行监控模块6、串口模块7和CCS link模块8；

导航传感器数据预处理模块3用于对导航传感系统的数据进行预处理，还用于将该预处理后的数据发送给系统模型辨识模块4，还用于与串口模块7进行数据交互；

系统模型辨识模块4用于根据预处理数据对系统模型进行辨识；还用于将辨识结果发送给在线仿真测试模块5；还用于与串口模块7进行数据交互；

在线仿真测试模块5用于对控制器模型和参数进行在线仿真测试，并将仿真测试结果发送给CCS link模块8；还用于与串口模块7进行数据交互；

现场飞行监控模块6用于根据在线仿真测试模块5验证过的控制器对无人直升机进行现场飞行监控，还用于与串口模块7进行数据交互；

串口模块7用于提供数据的交换接口；

CCS link模块8用于将Matlab/Simulink程序转换成DSP程序，供底层控制器下载；

一号无线通信模块10用于通过一号天线11收发无线信号；还用于串口模块7进行数据交互；

底层控制单元12包括底层控制器15、伺服驱动系统16、执行机构17和导航传感系统18；

二号天线13的末端与无线通信模块14的无线信号端口连接；所述底层控制器15的无线信号输入或输出端与无线通信模块14的无线信号输出或输入端连接；所述底层控制器15的控制信号输出或输入端与伺服驱动系统16的控制信号输入或输出端连接；所述伺服驱动系统16用于驱动执行机构工作；导航传感器系统18的采集信号输出端与底层控制器15的采集信号输入端连接。

导航传感器数据预处理模块3用于对导航传感系统的数据进行预处理，所述预处理的内容包括：消除导航传感系统的漂移以及无人直升机震动带来的干扰，并进行解算；

具体为：首先底层控制器采集导航传感器的数据，通过无线模块上传到导航传感器数据预处理模块，然后对这些数据进行测漂、定标、补偿和Kalman滤波预处理，并解算出相应的位置和姿态信息。

系统模型辨识模块4用于根据该预处理数据对系统模型进行辨识，具体过程为：系统辨识模块4将控制输入序列以无线的方式发送给底层控制器15，并采集导航传感器的测量数据，然后根据导航传感器数据预处理模块3发送的预处理数据辨识出无人直升机的模型参数。

在线仿真测试模块5用于对数据进行在线仿真测试，其过程为：利用系统辨识模块4辨识出的无人直升机模型参数搭建控制器模型，并对控制器模型和参数进行数值仿真初步验证；然后通过控制测试对控制参数的反复修正，直至达到预期的控制效果。

现场飞行监控模块6用于根据在线仿真测试模块5验证过的控制器对无对无人直升机进行现场飞行监控，具体过程为：接收底层控制器15发送的无人直升机飞行状态信息，并实时显示；所述飞行状态信息包括无人直升机的位置、姿态、速度和角速度。