[发明专利]一种车载系留多旋翼控制系统架构及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于系留多旋翼无人机技术领域，特别涉及到一种车(船)载系留多旋翼控制系统架构及其控制方法。

背景技术

在当前的无人机技术领域中，有一类通过系留线缆从地面向无人机提供电能和有线（光纤或载波）通信链路的系留无人机，特别是一类系留在移动的载具比如车、船等移动平台上，可以在空中悬停或跟随平台运动，也可以随时精确降落在平台上或从平台上起飞的多旋翼无人机系统。初期的这类系统基本由传统的地面定点系留多旋翼系统甚至非系留多旋翼改装而来，跟随平台移动靠传统自驾上的基于普通卫星定位的航点跟踪算法，由于定位精度差漂移大，满足不了在载具上精准自主起飞和精准自主降落的要求而主要靠人工遥控操作，由于起降要与线缆的收放同步，这就更加剧了人工遥控的技术难度和繁琐，并容易疏忽造成故障频发；虽然随着技术的进步，发明了多种自动收放线装置，靠检测并保持线缆恒定张力自动控制收放线（比如CN201620919257.1、CN201521023147.9、CN201610489544.8等等），但它们都是一个比较独立的装置，并没有和无人机上自驾形成闭环的自动控制反馈系统，而只是在无人机升高或降低后被动的靠张力检测控制线缆收放，因此在自主起飞和降落时很容易造成收放不够或过度的弊端；这就迫切需要一个能总体协调各传感器及执行机构，综合统一的进行闭环控制的自动控制系统。

针对上边所述的精准起飞和降落中的定位问题，最近公开了一种利用卫星差分定位的技术诸如CN106200656A专利，但它的最大不足是成本高、体积大、天线等结构笨重安装复杂且对环境要求高易受干扰，并且受卫星系统的安全性所制约；还有一种CN105629995A专利申请所公开的使用机械十字轴结构和陀螺传感器的跟随技术，它由于使用了十字轴等可转动的机械部件使结构繁杂故障率高，且倾斜传感器采用陀螺姿态间接测量，带来陀螺所固有的抗震性能差，数据处理算法复杂、漂移大校准操作繁琐等弊病。

发明内容

针对背景技术中的现状和不足，本发明提供一种新型的车载系留多旋翼控制系统架构；

本发明在系统架构中创造性的引入了空中综合控制器10，摈弃了已有技术中用自驾做飞行器控制中心的传统概念，而把空中综合控制器10 做成了名副其实的“控制自驾的控制器”，它把传统自驾当作一个和其他传感器及外设等同地位的智能模块，并与使用系留线缆多维受力传感器16和机载备用遥控接收机12、机上电源11、机载通信模块14等传感器和外设构成空中子系统1；由地面综合控制器20同系留控制中已有的恒张力收放线、有线介质综合通信、地面站和车载起降机械设备、地面电源等构成地面子系统2；通过系留线缆实时通信把空中子系统和地面子系统相连接，组成一个强大的双微处理器协调控制系统，利用已有技术中功能单一价格低廉却成熟稳定的传统非系留用多旋翼自驾及其通信协议，以及双遥控接收机不同类型链路传输优选仲裁等技术统一协调组成一个闭环的天空与地面紧密联系的控制反馈系统，从而实现了不用车载系留专用自驾就能实现车载系留系统的功能，而且做的更好；因此本发明的实施与使用车载系留专用自驾和各子系统分别自行控制的传统方案相比有极强的性价比优势。

本发明在系统架构中创造性的引入了系留线缆多维受力传感器16和用它来通过测量系留线缆倾斜角推算飞行器距离放线轮的偏离方位和偏离量大小的方法，在自主精准起飞和精准降落时有效解决了现有背景技术中利用卫星差分定位和利用陀螺传感器实现跟随的技术的各种不足和弊病，也克服了现有技术中使用超声、激光、红外、微波雷达或光学成像检测等其他有源主动式传感器对环境要求高不易户外维护易受干扰而不实用的缺点；

同时，本发明还公开了利用上述新型系统架构实现比现有技术更具优势的控制方法：它定义了系统中手动模式、自动模式和地面站模式三种工作模式，在自动模式中又定义了自主起飞、自主降落、自动跟随和地面静止等四种工作状态，并在不同工作模式和工作状态采用不同的控制策略和方法，简洁高效的克服了上述已有技术中的不足，实现了本发明的目的。

下面通过对照附图的详细说明和具体实施方案对本发明内容进行更清晰的深入阐述。

附图说明:

图1为本发明即一种车载系留多旋翼控制系统架构的整体组成简略示意图；

图2是本发明的详细示意图，是图1的更直观精细的表达；各标号所代表的部件和图1是一样的；

在图1、图2中，各标号所代表的部件是：

1 空中子系统； 10空中综合控制器；11机上电源；

12机载备用遥控接收机； 13多旋翼飞行器自动驾驶仪；14机载通信模块；