一种多旋翼飞行器控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多旋翼飞行器控制系统，其包括飞控系统以及与该飞控系统电连接的状态感知系统、动力输出系统和电源管理系统，其中，飞控系统包括基于ARM和DSP双核处理器为主控制器的电路，其中的DSP核心与ARM核心相互连接；状态感知系统包括测量飞行器飞行姿态的传感器、速度传感器以及测量周围环境的传感器，其分别与ARM核心电连接；动力输出系统包括依次连接的飞行器电调模块、电机以及旋翼叶片，其中电调电路用于调节PWM信号的占空比来控制电机的速度，并将电机的状态反馈给飞控系统，电机带动旋翼叶片转动以给飞行器提供动力。本实用新型专利技术的控制系统各模块功能明确，相对独立，方便根据不同的功能需求进行组合和裁剪，另外平台对外接口丰富，方便系统功能的扩展。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于通用多旋翼飞行器控制
，具体涉及一种多旋翼飞行器控制系统。
技术介绍
目前，多旋翼飞行器被广泛应用于各个领域，多旋翼无人飞行器可挂载专业的商业航拍云台与高清摄像设备，可广泛的开展诸如生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测、农业作业、自然灾害监测、城市规划与市政建设高空影像参考、森林病虫害防护监测及各种广告高空摄影等领域，有着广阔的市场需求。多旋翼飞行器的稳定飞行和飞行任务的完成离不开良好的控制系统，控制系统是微型飞行器的核心，其接收地面遥控指令，完成微型飞行器的导航计算、制导稳定计算、电源管理、电机控制，并和其他分系统进行通信以及向地面遥控系统发送飞行器姿态、速度和电池电量等信息。控制系统主要是感知飞行器自身的飞行状态，通过处理器解算，生成相应的控制指令，进一步根据处理器输出的控制指令驱动电机转动，通过控制旋翼的旋转速度和方向实现飞行器的稳定和有效的飞行。专利文献CN104808674A公开了一种多旋翼飞行器的控制系统、终端及机载飞控系统，该控制系统包括机载飞控系统和智能终端，其中机载飞控系统包括处理器、定位模块和收发器，其中的定位模块用于获取机载飞控系统所在飞行器的位置信息，收发器用于将位置信息发送给智能终端，以使智能终端根据飞行器的位置信息及智能终端的位置信息得到偏航角以及水平飞行速度和垂直飞行速度中的至少一种速度；收发器还用于接收偏航角以及水平飞行速度和垂直飞行速度中的至少一种速度，处理器用于根据偏航角以及水平飞行速度和垂直飞行速度中的至少一种速度，控制机载飞控系统所在的飞行器向所述智能终端飞行。该技术方案中的飞控系统主要用于与智能终端进行交互，从而对多旋翼飞行器进行飞行控制，但其中的具体功能模块及设计实现方式并没有披露，特别是随着多旋翼飞行器的功能和使用需求、以及控制终端的多样化，相应的控制系统是否能够适应性变化、调整或扩展，仍然是目前面临的需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供了一种多旋翼飞行器控制系统，其通过对控制系统的模块化设计和优化，从而使得控制系统可以适应多旋翼飞行器的功能、需求等的多样化，解决目前的飞控系统可调整或扩展性不足的缺陷。为实现上述目的，按照本技术，提供一种多旋翼飞行器控制系统，其包括飞控系统以及与该飞控系统电连接的状态感知系统、动力输出系统和电源管理系统，其中，所述飞控系统包括主控制器电路，该主控制器包括由ARM核心和DSP核心组成的双核处理器，其中的DSP核心与ARM核心相互连接，所述DSP核心用于数据处理，所述ARM核心用于控制外部接口；所述状态感知系统包括测量飞行器飞行姿态的传感器、速度传感器以及测量周围环境的传感器，其分别与所述ARM核心电连接，以用于感知飞行器自身的飞行状态以及外围的飞行环境并传输至所述ARM核心；所述动力输出系统包括依次连接的飞行器电调模块、电机以及旋翼叶片，其中电调电路用于根据飞控系统发出的控制信号，调节PWM信号的占空比以控制所述电机的速度，并将所述电机的状态反馈给飞控系统，所述电机与旋翼叶片连接以带动其转动给飞行器提供动力。作为本技术的进一步优选，还具有外围电路，该外围电路包括LED指示电路、复位电路、部分预留接口电路，所述LED指示电路用来指示系统供电状态，所述复位电路支持外部复位信号输入以完成系统复位及初始化功能，所述部分预留的接口电路包括电机控制信号输出接口以及串口和CAN通信接口的输出接口。作为本技术的进一步优选，还包括电连接器，所述飞控系统电与所述状态感知系统、动力输出系统和电源管理系统分别通过电连接器实现连接。作为本技术的进一步优选，所述状态感知系统包括陀螺加表、磁阻传感器、气压温度传感器、空速传感器及对外接口电路。作为本技术的进一步优选，还包括电源管理系统，其具体包括电压转换模块和电压检测电路，分别用于将电池电源转换成控制系统所需的电压，同时生成参考电压以及对电池输出电压进行测量。本技术的通用多旋翼飞行器控制系统，其各模块功能明确，易于根据具体需求进行裁剪和组合，另外平台用于丰富的对外接口，增加了功能扩展的灵活性。控制系统能同时驱动不少于四路电机，单路输出额定功率不小于70W、峰值功率不小于110W。控制系统通过CAN或RS-232总线与如载荷、图传等其他分系统实现通讯。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本技术通过对控制系统的模块化设计和优化，对控制系统的硬件平台进行改进，不但使得其中各功能模块相对独立可控，而且可以进行相应组合和配置，适应不同的实际需求，增加系统的通用性和灵活性，从而使得控制系统可以适应多旋翼飞行器的功能、需求等的多样化，解决目前的飞控系统可调整或扩展性不足的缺陷。附图说明图1是按照本技术实施例的控制系统的整体结构框图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本技术实施例的一种通用化、模块化、可扩展的多旋翼飞行器控制系统，如图1所示，包括飞控系统、状态感知系统、动力输出系统、电源管理系统以及外围电路和电连接器分。其中，状态感知系统、动力输出系统、电源管理系统以及外围电路和电连接器分别与该飞控系统电连接。飞控系统是多旋翼飞行器的主要运算控制中心，包括主控制芯片的外围时钟、复位和调试接口电路，同时将控制芯片接口资源引出至外接接口电路上，以方便传感器和电机驱动电路进行对接以及后续的拓展。如图1，本实施例的飞控系统主要包括主处理器电路、基于ARM和DSP双核处理器为主控制器的电路，其中DSP核心负责数据处理，ARM核心负责外部接口部分，采集的传感器数据给DSP核心进行数据处理。DSP核心与ARM核心相互连接，其中DSP核心用于数据处理，ARM核心用于控制外部接口，包括接收状态感知系统输入的数据并发给DSP核心进行数据处理，同时将DSP核心处理后生成的控制信号输送至动力输出系统。在一个实施例中，优选基于TI公司的双内核片上系统微控制器单元F28M36P63C2为核心控制控制芯片。该控制器具有独立的通讯和实时控制子系统。通讯子系统基于32位ARMCortex-M3CPU，具有CAN、UART、SSI、USB以及I2C接口等。实时控制子系统基于TI公司32位的C28x浮点CPU，具有ePWM输出以及I2C、SCI、SPI接口等。该处理器具有24路12位ADC及6路10位DAC。本实施例中将微控制器大部分功能管脚均通过B2B接插件引至功能底板上，以实现硬件平台的模块化设计，方便系统功能的裁剪和扩展。如图1，状态感知系统包括高度、温度、空速以及MEMS惯性器件等小微型传感器；主要是感知飞行器自身的飞行状态以及外围的飞行环境。状态感知系统主要包含了测量飞行器飞行姿态、速度以及周围环境的相关传感器。其功能主要是将传感器敏感的状态信息传输给飞控系统进行处理。在一个实施例中，状态感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多旋翼飞行器控制系统，其包括飞控系统以及与该飞控系统电连接的状态感知系统和动力输出系统，其中，所述飞控系统包括主控制器电路，该主控制器包括由ARM核心和DSP核心组成的双核处理器，其中的DSP核心与ARM核心相互连接，所述DSP核心用于数据处理，所述ARM核心用于控制外部接口；所述状态感知系统包括测量飞行器飞行姿态的传感器、速度传感器以及测量周围环境的传感器，其分别与所述ARM核心电连接，以用于感知飞行器自身的飞行状态以及外围的飞行环境并传输至所述ARM核心；所述动力输出系统包括依次连接的飞行器电调模块、电机以及旋翼叶片，其中电调电路用于根据飞控系统发出的控制信号，调节PWM信号的占空比以控制所述电机的速度，并将所述电机的状态反馈给飞控系统，所述电机与旋翼叶片连接以带动其转动给飞行器提供动力。

【技术特征摘要】
1.一种多旋翼飞行器控制系统，其包括飞控系统以及与该飞控系统电连接的状态感知系统和动力输出系统，其中，所述飞控系统包括主控制器电路，该主控制器包括由ARM核心和DSP核心组成的双核处理器，其中的DSP核心与ARM核心相互连接，所述DSP核心用于数据处理，所述ARM核心用于控制外部接口；所述状态感知系统包括测量飞行器飞行姿态的传感器、速度传感器以及测量周围环境的传感器，其分别与所述ARM核心电连接，以用于感知飞行器自身的飞行状态以及外围的飞行环境并传输至所述ARM核心；所述动力输出系统包括依次连接的飞行器电调模块、电机以及旋翼叶片，其中电调电路用于根据飞控系统发出的控制信号，调节PWM信号的占空比以控制所述电机的速度，并将所述电机的状态反馈给飞控系统，所述电机与旋翼叶片连接以带动其转动给飞行器提供动力。2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪倩，但春华，岳惠峰，
申请(专利权)人：湖北三江航天红峰控制有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42