[实用新型]具备自主航线飞行能力的六旋翼无人飞行器飞行控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及无人飞行器飞行控制技术领域，具体涉及具备自主航线飞行能力的六旋翼无人飞行器飞行控制系统。

背景技术

六旋翼无人飞行器因其具有可垂直起降以及机械结构简单、可靠性高、体积小、重量轻、成本低、使用方便等优点，在航空摄影、交通监控、地理测绘、电力巡线以及侦察等方面具有广阔的应用前景。

其中，飞行控制系统是六旋翼无人飞行器的核心部分，飞行控制系统根据遥控人员或地面站的指令相应地调节六旋翼无人飞行器的六个旋翼的升力，以实现稳定可靠地飞行。

目前，市场上六旋翼无人飞行器的飞行控制系统通常只具备手动姿态增稳飞行功能，普遍存在以下缺点：

(1)自主飞行能力差，特别是到达任务区域上空进行定点悬停飞行时，也需要操控人员的介入；

(2)操控难度大，因为六旋翼无人飞行器在飞行过程中，需要操控人员根据飞行器状态通过RC遥控器不断地快速调节飞行器的俯仰角、横滚角、偏航角速度及油门，体力和精神上的消耗非常大，经过长时间的作业后，容易误操作而导致坠机事故发生。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有六旋翼无人飞行器自主飞行能力差、操控难度大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种具备自主航线飞行能力的六旋翼无人飞行器飞行控制系统，包括电源转换电路、六轴惯性传感器电路、三轴地磁传感器电路、GPS传感器电路以及MCU处理器，其中：

所述电源转换电路连接到六旋翼无人飞行器上的锂聚合物电池组，将锂聚合物电池组的输出电压转换用于为六轴惯性传感器电路、三轴地磁传感器电路、GPS传感器电路、MCU处理器以及六旋翼无人飞行器上的无线数传模块和RC接收机供电；

所述六轴惯性传感器电路用于检测飞行器的三轴角速度与三轴加速度，其输出端与所述MCU处理器的SPI总线连接；

所述三轴地磁传感器电路用于检测飞行器体坐标下的三轴地磁分量，其输出端与所述MCU处理器的SPI总线连接；

所述GPS传感器电路用于检测飞行器的速度与位置，其输出端与MCU处理器的UART1串口连接；

所述MCU处理器通过I²C总线接口与六个无刷直流电机调速器连接，所述MCU处理器的UART2串口与无线数传模块的串口连接，UART3串口与RC接收机的S.Bus接口连接，所述MCU处理器上设有纵向回路控制单元、横向回路控制单元、垂向回路控制单元以及航向回路控制单元，分别根据六旋翼无人飞行器的三轴角速度与三轴加速度、三轴地磁分量以及速度与位置改变六个无刷直流电机调速器的PWM占空比。

在上述方案中，所述纵向回路控制单元获得纵向回路输出u_lon，所述横向回路控制单元获得横向回路输出u_lat，所述垂向回路控制单元获得垂向回路输出u_height，所述航向回路控制单元获得航向回路输出u_yaw，所述纵向回路输出u_lon、横向回路输出u_lat、垂向回路输出u_height和航向回路输出u_yaw通过混控器得到六个直流无刷电机调速器的输入PWM占空比命令。

在上述方案中，所述纵向回路控制单元由y轴角速度控制器、x轴重力控制器、纵向速度控制器和纵向位置控制器由内而外依次串联组成，且纵向速度控制器与x轴重力控制器之间设有x轴重力前置滤波器。

在上述方案中，所述横向回路控制单元由x轴角速度控制器、y轴重力控制器、横向速度控制器和横向位置控制器由内而外依次串联组成，且所述y轴重力控制器与所述横向速度控制器之间设有y轴重力前置滤波器。

在上述方案中，所述垂向回路控制单元由垂向速度控制器和高度控制器由内而外串联组成。

在上述方案中，所述航向回路控制单元由z轴角速度控制器和航向角控制器由内而外串联组成。

在上述方案中，RC接收机的S.Bus经过单路反相器芯片转换成TTL电平的UART串口信号，再通过所述MCU处理器的UART3串口进行采集。

本实用新型，利用纵向回路、横向回路、垂向回路以及航向回路控制单元进行多串级反馈控制，有效实现了自主航线飞行，且减少了飞行控制系统的连线数量与重量，提高了稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的应用原理图；

图2是本实用新型中电源转换电路示意图；