[发明专利]一种无人直升机飞行控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种无人直升机飞行控制系统，包括机载单元、地面控制站单元，所述的机载单元包括飞行控制计算机、传感器模块、伺服操纵模块、无线传输模块、遥控接收机、执行机构，所述的地面控制单元包括具有无线传输功能的测控终端；所述测控终端包括PC控制台及遥控器，其特征在于：所述飞行控制计算机包括DSP模块、FPGA模块；所述无人直升机飞行控制系统的控制模式包括手动控制模式与自动控制模式：

手动控制模式时，遥控接收机接收遥控器信号传输至DSP模块，DSP模块对接收的信号处理后分别输出至伺服操纵模块，控制执行机构工作；

自动控制模式时，所述传感器模块实时采集直升机的姿态数据、高度数据、速度数据，并将采集到的数据发送至FPGA模块；所述PC控制台通过无线传输模块将数据传输至FPGA模块；所述FPGA模块实时接收传感器数据及PC控制台数据，将数据处理后定时发送至DSP模块，所述DSP模块对接收的信号处理后分别输出至执行机构，控制执行机构工作。

2.根据权利要求1所述的无人直升机飞行控制系统，其特征在于：所述FPGA模块包括UART串口；所述传感器模块包括气压传感器、高度传感器、速度传感器、航姿传感器、GPS；所述气压传感器、高度传感器、速度传感器的输出分别与FPGA模块的IO口连接，所述GPS的输出与FPGA模块的UART串口连接，所述航姿传感器的输出信号经电平转换电路转换后输入至FPGA模块。

3.基于权利要求1或2所述无人直升机飞行控制系统的控制方法，所述DSP模块包括传感器数据解算模块、舵机控制模块、控制律解算模块，所述控制律解算模块的姿态保持控制律、高度保持控制律、速度保持控制律，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）控制直升机上升，并实时反馈上升过程中直升机的姿态数据、高度数据、速度数据，当直升机上升到预先设定的高度时，停止上升，此时直升机处于悬停状态，记录该状态下直升机的姿态数据、高度数据；

（2）传感器模块实时采集直升机的姿态数据、高度数据、速度数据，并将采集到的数据发送至FPGA模块；所述PC控制台通过无线传输模块将数据传输至FPGA模块；所述FPGA模块实时接收传感器数据及PC控制台数据，将数据处理成“帧”的格式定时发送至传感器数据解算模块，所述传感器数据解算模块将接收到的数据帧解算出姿态数据、高度数据、速度数据，将解算出的数据与悬停状态下同类数据进行比较，得到误差数据，并根据控制律计算出执行机构的控制量，所述控制律采用如下公式表示：

Δδ=k_pΔe+k_dΔe'，其中，Δδ为执行机构的控制量，Δe为误差数据，Δe'为误差数据变化率，k_p为误差数据的系数，k_d为误差数据变化率的系数。

4.根据权利要求3所述无人直升机飞行控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制律包括姿态控制律、高度控制律、速度控制律、位置控制律。