四旋翼无人飞行器制造技术

本实用新型专利技术公开一种四旋翼无人飞行器，包括机体、旋翼、电机、控制系统，所述控制系统包括惯性测量模块、微处理器、GPS模块，所述控制系统还包括比较计算模块、电机转速检测模块，所述比较计算模块用于将实时检测得到的电机转速、飞行器姿态与飞行模型相比较，计算电机转速的调整值并向微处理器输出。本实用新型专利技术的四旋翼无人飞行器通过检测电机转速和姿态参数的控制反馈量，并与飞控模型进行对比，得出PID控制调整量，从而更加精确地调整飞行器的姿态。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及无人飞行器
，更具体地说，是涉及一种四旋翼无人飞行器。
技术介绍
随着无人飞行器技术日趋成熟，其在民用领域应用更见广泛。小型无人飞行器搭载航空摄像机等遥感设备，可以为国土资源监察工作提供清晰、直观的高分辨遥感影像。此外，还可在反恐作业、农情检测以及灾害预报等领域发挥重要作用。另外，机群编队组网的小型无人飞行器能够发挥更显著的作用，甚至可以完成大型飞行器难以完成的任务。随着微型制造技术和MEMS技术的发展，新一代微型MEMS陀螺仪迅速发展起来，为低成本小型无人飞行器飞行控制系统的设计和研制提供了有力支持。目前的小型四旋翼无人飞行器都是基于三个正交安装的陀螺仪和加速度计构成的微小型惯性测量单元(IMU)，然后与GPS组合导航提供小型无人飞行器的运动状态信息，在此基础上对小型无人飞行器进行控制器设计，实现自主飞行。理想的飞控模型是根据传感器反馈信息对飞行器的姿态、速度、位置作出监测，再根据Rc、wp指令由主控板对电机执行机构作出调整。但是由于小型无人飞行器内部环境复杂，特别是在发动机启动后振动环境恶略，很难准确测量出小型无人飞行器的姿态，导致姿态控制精度不高、严重影响到小型无人飞行器的飞行品质。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够精确控制飞行器飞行姿态的四旋翼无人飞行器，以克服现有技术的不足。本技术的目的是这样实现的：一种四旋翼无人飞行器，包括机体、旋翼、电机、控制系统，所述控制系统包括惯性测量模块、微处理器、GPS模块，所述控制系统还包括比较计算模块、电机转速检测模块，所述比较计算模块用于将实时检测得到的电机转速、飞行器姿态与飞行模型相比较，计算电机转速的调整值并向微处理器输出。所述惯性测量模块包括三轴角速度检测单元、三轴加速度检测单元、三轴磁力计检测单元。本技术的有益效果在于：本技术的四旋翼无人飞行器通过检测电机转速和姿态参数的控制反馈量，并与飞控模型进行对比，得出PID控制调整量，从而更加精确地调整飞行器的姿态。附图说明图1为本技术四旋翼无人飞行器的控制系统原理框图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。参见图1，本技术的四旋翼无人飞行器基于电机转速和飞行模型精确控制飞行器的姿态。它包括机体、旋翼、电机7、控制系统，所述控制系统包括惯性测量模块、微处理器、GPS模块4，所述控制系统还包括比较计算模块6、电机转速检测模块5，所述比较计算模块用于将实时检测得到的电机转速、飞行器姿态与飞行模型相比较，计算电机转速的调整值并向微处理器输出。所述惯性测量模块包括三轴角速度检测单元、三轴加速度检测单元、三轴磁力计检测单元。通过三轴磁力计3、三轴加速度计2、三轴陀螺仪1的测量数据，确定飞行器6自由度飞行姿态，包括俯仰角、横滚角、航向角，以及在惯性坐标系中的（x,y,z）坐标值。导航信息单元（姿态位置信息imu）有如下参数：三轴角速度、三轴加速度、三轴磁力计、GPS信息。导航信息单元利用多个传感器采集上述参数信息可得出飞行器当前实际姿态，飞行控制单元根据飞行器实际姿态和期望姿态（由Rc指令、wp指令决定）的比较，主控系统输出电机控制量（PWM占空比），调整电机转速。主控系统监测电机转速的变化值并反馈飞行控制单元，飞行控制单元一方面将电机响应值与期望值作比较，判断电机转速是否满足要求，作出相应调整。另一方面，本技术采用PID闭环自动控制技术，利用电机响应值校准传感器的误差值，根据建立的震动模型，调整传感器的滤波值。而且，通过电机响应值与飞行模型校准姿态控制的PID控制值。飞行器基于电机参数数据和加速计采用FFT分析建立机体的震动模型，飞行器飞行时，加速度传感器除了探测飞行运动外，还会探测电机导致的振动，振动会持续干扰测量结果，使测量曲线变得模糊，除了显示传感器记录的数据外，FFT分析可以插入到图表中，FFT可显示振动发生的频率。主控系统把这些振动频率分为三类，第一类是包括与电机RPM值相似的频率，这些频率会被系统理解为电机引起的振动。第二类是由于飞行器飞行导致的很低的振动频率。第三类是介乎于两者之间的，有可能没有显示出来的，对于出现第三类频率，则可以考虑是其它问题，例如负载没有固定安装好，或者螺旋浆损坏。在这种情况下，需要先检查飞行器的组件，排除故障原因后重新检测。IMU导航信息单元依靠GPS速度信息（和时间积分）和加速计（和时间积分）共同作用，获取飞行器相对位移，用电机速度校准加速计参数。利用三轴惯性单元与GPS捷联解算共同获得姿态信息。GPS位置信息获取飞行器绝对位置作用于自驾飞行时的航点控制，以磁力计获取绝对机头指向，并且与陀螺仪的参数比对判断其数值的准确性。在飞行控制过程中，当电机转速反馈到飞控单元，飞行控制单元根据电机转速和pwm的关系，调整对电机的控制，根据电机转速对应差值与姿态响应关系，调整对设定姿态量的控制。根据电机转速和垂直速度变化的关系，确认重量系数和控制关系。尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四旋翼无人飞行器，包括机体、旋翼、电机、控制系统，所述控制系统包括惯性测量模块、微处理器、GPS模块，其特征在于：所述控制系统还包括比较计算模块、电机转速检测模块，所述比较计算模块用于将实时检测得到的电机转速、飞行器姿态与飞行模型相比较，计算电机转速的调整值并向微处理器输出。

【技术特征摘要】
1.一种四旋翼无人飞行器，包括机体、旋翼、电机、控制系统，所述控制系统包括惯性测量模块、微处理器、GPS模块，其特征在于：所述控制系统还包括比较计算模块、电机转速检测模块，所述比较计算模块用于将实时检测得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵智博，张伟，
申请(专利权)人：佛山市安尔康姆航空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44