[发明专利]适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机

说明书

本发明公开了适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机，包括冗余裁决计算机，冗余切换计算机，多个飞控计算单元。其中，每个飞控计算单元包括一个飞控计算机，多个IMU，多个磁罗盘，多个气压计以及多个GPS模块。冗余裁决计算机负责接收所有飞控计算机采集到的传感器数据和冗余切换计算机捕获到的所有PWM值数据，并分析决策选出最优的飞控计算单元，将该飞控计算单元的序号发送到冗余切换计算机。冗余计算机接收到最优飞控计算单元的序号后，将该单元中飞控计算机的PWM值输出到电机执行机构中。本发明通过传感器与飞控计算机的多冗余结构，使得本发明具有更强的容灾容错性能，从而可以提高无人机在飞行任务中的安全性与稳定性。

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机。

背景技术

现阶段，无人机应用的场景越来越广泛，比如城市空中交通，电力巡检，航拍航测，物流快递，消防救援等。飞控系统对于多旋翼无人机来说，是至关重要的，飞控系统在无人机飞行过程中一旦失效，无人机的飞行任务将无法完成甚至导致坠机。现阶段，大多数飞控系统采用了一个飞控计算机多套传感器冗余的架构，缺少对飞控计算机的冗余。除此，目前的冗余飞控系统多数是监测传感器的健康状态，缺少对飞控系统最终输出PWM信号的监测，本发明提出一种新的方法，能够更加全面的对冗余飞控系统进行监测，从而提高飞行安全与稳定性。

发明内容

针对于现有技术上的一些不足，本发明提出了适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统及多旋翼无人机。

本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：一种适用于多旋翼无人机的多余度飞控系统，所述的多余度飞控系统包括冗余裁决计算机、冗余切换计算机和多个飞控计算单元；所有飞控计算单元结构相同，均包括飞控计算机以及N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台，其中所述N个IMU、N个磁罗盘、N个气压计、N个GPS模块和一个数传电台都与所述飞控计算机相连，N为自然数且；数传电台接收远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令，IMU获取多旋翼无人机的加速度和角速度信息，磁罗盘获取多旋翼无人机的方向信息，气压计获取多旋翼无人机的高度信息，GPS模块获取多旋翼无人机的位置和速度信息，所述加速度和角速度信息、方向信息、高度信息、位置和速度信息组成传感器数据；飞控计算机将传感器数据通过串口总线发送给冗余裁决计算机；飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号，然后通过多路I/O接口发送给冗余切换计算机；冗余切换计算机采集飞控计算机多路PWM信号的数值并将所有PWM信号数值打包后通过串口总线发送给冗余裁决计算机，冗余裁决计算机通过多余度方法对所有的传感器数据和PWM数据进行解析比对裁决，得到最优飞控计算单元序号，再发送到冗余切换计算机；冗余切换计算机将最优计算单元飞控计算机的PWM信号输出到无人机的电机执行机构，从而控制无人机飞行。

进一步地，所述的IMU包括加速度计和陀螺仪。

进一步地，所述的冗余切换计算机采集飞控计算机多路PWM信号的数值，具体方法为：飞控计算机通过多路I/O接口将多路PWM信号发送给冗余切换计算机，冗余切换计算机通过捕获的方式进行采集每路PWM信号的数值，当PWM信号上升沿到来时，冗余切换计算机定时器开始计时，当该PWM信号下降沿到来时停止计时，该时长为PWM信号高电平的时间，也就是PWM信号的数值大小。

进一步地，所述飞控计算机根据传感器数据以及远程地面站发送的位置指令、高度指令和航向指令得到PWM信号具体包括以下步骤：

（1）远程地面站将位置指令、高度指令以及航向指令通过数传发送到飞控计算机，所述的位置指令包括X方向位置指令和Y方向位置指令；

（2）飞控计算机将高度指令与无人机当前高度通过比例-积分-微分控制计算得到期望的无人机Z方向速度；再将期望的无人机Z方向速度与无人机当前Z方向速度进行比例-积分-微分控制计算得到无人机高度控制量；