[发明专利]一种分布式飞艇控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞艇控制系统，尤其涉及一种采用分布式采集驱动和集中管理控制的分布式飞艇控制系统，属于飞艇技术领域。

背景技术

飞艇是一种轻于空气的航空器，其升空原理和气球相同，但可以进行有动力航行和操纵。飞艇一般具有一个巨大的气囊以及相应的推进、操纵系统。飞艇通过向艇体气囊中充入轻于空气的气体(如氦气等)升空，用发动机带动螺旋桨推动艇身，以艇尾舵面操纵航行方向。现代飞艇在空中勘测、摄影、广告、救生以及航空运动中得到了广泛的应用。

飞艇是一个复杂的综合系统，通常包括结构、动力系统、核心计算机(艇载计算机)系统、遥控遥测系统、起飞着陆系统以及电力电源系统等多个子系统。其中艇载计算机系统是飞艇系统中电系统的核心部分，是整个飞艇的指挥中心，它负责飞艇的飞行控制、导航及艇务管理以保证飞艇的飞行安全，同时采用压力、保型、温度、浮力等控制保证飞艇的结构稳定。此外，艇载计算机在飞行过程中接收来自地面指挥站的控制命令，控制飞艇的飞行姿态，按预先设定的路线控制飞艇飞向预定区域，并指挥飞艇完成预定的任务。

对于大型和巨型飞艇而言，其主要特点是传感器采集点、控制点分散、通信距离远，各采集点和控制点与核心计算机之间的距离从几米到几百米不等。在目前常见的飞艇控制系统中，都采用核中心计算机(艇载计算机)直接采集和控制的方式，即采用一个CPU或者DSP运行控制算法；通过模数转换(A/D)直接采集传感器信号，获取飞行环境；通过数模转换(D/A)直接输出控制，驱动执行机构、舵机和鼓风机等动作；通过DIO(数字输入输出)直接获取并驱动开关量的信号；最后附加电源、GPS模块、串口模块、信号调理模块等完成艇载计算机的控制系统设计。

但现有飞艇控制系统仍然存在如下的缺点：首先是控制距离短：采用模数转换、数模转换以及DIO等方式实现控制的时候，在几米甚至十几米的距离范围内是没有问题的。但是如果距离达到几十米甚至一百多米的时候，由于通信信号衰减等原因，无法传输如此远的距离。其次是环境适应能力差：大型和巨型飞艇的飞行高度可以达到2万米以上，外部飞行环境十分恶劣，而通常的飞艇控制系统没有充分考虑对此类环境的适应性，尤其是低温环境的问题。例如空中客车公司在申请号为200980104459.3的发明申请中，公开了一套分布式飞行控制系统。虽然该系统能够部分解决传输距离短的问题，但其传输距离只能达到一百米左右，无法满足空间尺度在一百米以上的巨型飞艇的飞行控制要求，而且该控制系统也无法长期适应高空的超低温环境。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种分布式飞艇控制系统。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种分布式飞艇控制系统，包括至少一个采集驱动单元、一台核心计算机和至少一条数字化传输总线；

所述采集驱动单元分布在飞艇上，一方面采集飞艇的环境和运行状态信息，将所述信息转换为数字信号后，通过数字化传输总线发送至所述核心计算机，另一方面接收所述核心计算机的控制指令，控制执行机构动作；

所述核心计算机位于飞艇吊舱中，通过数字化传输总线接收所述采集驱动单元的环境和运行状态信息，进行处理后将控制指令通过所述数字化传输总线发送至各个采集驱动单元。

其中较优地，所述采集驱动单元包括CPU模块、FPGA模块、A/D模块、D/A模块、PWM模块、DIO模块、串口模块、传输模块以及信号调理模块；其中，

所述信号调理模块采集飞行环境信息，经调理后传输至所述A/D模块；所述A/D模块对飞行环境信息进行信号采样并转化为数字信号；所述DIO模块与所述信号调理模块相连接，控制飞艇的开关量设备和采集开关量信息；所述D/A模块、所述PWM模块、所述串口模块通过信号调理模块与执行结构相连接，用于驱动控制飞艇的执行机构；所述FPGA模块通过信号调理模块从传感器获取飞艇的外形视频信号；所述传输模块通过所述数字化传输总线与所述核心计算机相连，用于与所述核心计算机的信息交互；所述CPU模块接收各个模块的采集的信息，并将信息传输至所述核心计算机，同时获取所述核心计算机的控制指令，控制所述执行机构动作。

其中较优地，所述采集驱动单元还包括环境控制模块，所述环境控制模块包括温控盒、传感器以及屏蔽盒；

所述温控盒根据传感器的采集温度来判断是否需要启动制冷或加热；所述屏蔽盒用于屏蔽所述采集驱动单元的电磁干扰。

其中较优地，所述核心计算机和所述采集驱动单元通过所述数字化传输总线首尾相连。