一种飞行器飞行控制系统

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一种飞行器飞行控制系统
申请号	CN201911284986.9	申请日	2019-12-13	公开(公告)号	CN111045439A	公开(公告)日	2020-04-21
申请人	西安航空职业技术学院;			发明人	马晓; 焦旭东; 石鑫; 李晓宇; 吴冬;
摘要	本发明公开了一种飞行器飞行控制系统，其飞行器硬件平台包括装备有LoRa无线通信模块以及嵌入式ARM微控制器的飞行器、动态视觉定位导航系统、三维姿态传感器、工况接入模块以及地面站PC机；地面站PC机与飞行器之间通过LoRa无线通信模块实现通信；动态视觉定位导航系统用于进行飞行器位置定位，提供位置反馈，并实现飞行器的导航；三维姿态传感器用于飞行器机身、机翼姿态数据的采集，并将采集到的数据实时反馈至机载姿态控制器。本发明能够实现飞行器准确、快速的自主飞行，同时可以直观的再现飞行全过程且能快速的提取有效信息，并生成报表，从而快速发现并解决问题。
权利要求	1.一种飞行器飞行控制系统，由飞行器硬件平台、自主飞行控制系统以及飞行数据处理系统构成，其特征在于，飞行器硬件平台包括装备有LoRa无线通信模块以及嵌入式ARM微控制器的飞行器、动态视觉定位导航系统、三维姿态传感器、工况接入模块以及地面站PC机；地面站PC机与飞行器之间通过LoRa无线通信模块实现通信；地面站PC机用于实现飞行任务规划、轨迹生成与控制算法的生成，并通过LoRa无线通信模块向飞行器发送控制指令；动态视觉定位导航系统用于进行飞行器位置定位，提供位置反馈，并实现飞行器的导航；三维姿态传感器用于飞行器机身、机翼姿态数据的采集，并将采集到的数据实时反馈至机载姿态控制器，工况接入模块用于接入发动机以及各电机工况数据，并基于用PCA-BP神经网络实现工况数据的评估，将评估结果实时反馈至地面站PC机；自主飞行控制系统包括机载姿态控制器、地面站位置控制器以及轨迹规划器，机载姿态控制器采用闭环控制策略，在姿态稳定可控基础上，地面站位置控制器以姿态为虚拟输入量对位置进行控制，其控制指令通过LoRa无线通信模块发给机载姿态控制器，轨迹规划器用于生成合理的参考轨迹曲线；飞行数据后处理系统由飞行数据本地储存模块、关键数据报表生成模块、飞行器工况预警模块以及飞行过程可视化回放模块构成。 2.如权利要求1所述的一种飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述飞行数据采用python中的MySQL工具包采其存入本地MySQL数据库中，以完整记录飞行器的所有历史信息。 3.如权利要求1所述的一种飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述关键数据报表生成模块在数据分析时，通过MapReduce直接计算飞行过程的特征数据，所求得的参数与飞行器各状态轨迹图线一起填入预制的latex模版并调用Latex编译命令自动编译生成数据报表。 4.如权利要求1所述的一种飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述飞行过程可视化回放模块用于基于飞行数据采用三维模拟的方式实现整个飞行过程的可视化回放。 5.如权利要求1所述的一种飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述飞行器工况预警模块在飞行器工况评估结果录入预设的报警门限时启动，以语音报警以及文字报警备份的方式预警。 6.如权利要求1所述的一种飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述的姿态控制器设置在飞行器上，所述轨迹规划器设置在地面站PC机。 7.如权利要求1所述的一种飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述的轨迹规划器生成的轨迹以参考输入方式传递给位置控制器，位置控制器计算后再将指令通过LoRa无线通信模块发送给飞行器，位置控制器的反馈信号直接通过以太网向动态视觉定位导航系统获取。
说明书全文	一种飞行器飞行控制系统技术领域 [0001] 本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种飞行器飞行控制系统。背景技术 [0002] 无人机简称UAV，指不载有操作人员就可以自主飞行或遥控驾驶的飞行器，现有多旋翼飞行器大多以多旋翼无人机为主，多旋翼无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机，其通过每个轴上的电动机，带动旋翼，从而产生升推力，通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。由于多旋翼无人机操控性强，可垂直起降和悬停，可帮助人类在危险环境或狭小空间内完成许多工作，如灾区监查，敌情侦查，高空拍摄等。要胜任上述任务，建立完整的飞行控制系统对推动无人机的实际应用有着重要意义。发明内容 [0003] 为解决上述问题，本发明提供了一种飞行器飞行控制系统。 [0004] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为： [0005] 一种飞行器飞行控制系统，由飞行器硬件平台、自主飞行控制系统以及飞行数据处理系统构成，飞行器硬件平台包括装备有LoRa无线通信模块以及嵌入式ARM微控制器的飞行器、动态视觉定位导航系统、三维姿态传感器、工况接入模块以及地面站PC机；地面站PC机与飞行器之间通过LoRa无线通信模块实现通信；地面站PC机用于实现飞行任务规划、轨迹生成与控制算法的生成，并通过LoRa无线通信模块向飞行器发送控制指令；动态视觉定位导航系统用于进行飞行器位置定位，提供位置反馈，并实现飞行器的导航；三维姿态传感器用于飞行器机身、机翼姿态数据的采集，并将采集到的数据实时反馈至机载姿态控制器，工况接入模块用于接入发动机以及各电机工况数据，并基于用PCA-BP神经网络实现工况数据的评估，将评估结果实时反馈至地面站PC机；自主飞行控制系统包括机载姿态控制器、地面站位置控制器以及轨迹规划器，机载姿态控制器采用闭环控制策略，在姿态稳定可控基础上，地面站位置控制器以姿态为虚拟输入量对位置进行控制，其控制指令通过LoRa无线通信模块发给机载姿态控制器，轨迹规划器用于生成合理的参考轨迹曲线；飞行数据后处理系统由飞行数据本地储存模块、关键数据报表生成模块、飞行器工况预警模块以及飞行过程可视化回放模块构成。 [0006] 进一步地，所述飞行数据采用python中的MySQL工具包采其存入本地MySQL数据库中，以完整记录飞行器的所有历史信息。 [0007] 进一步地，所述关键数据报表生成模块在数据分析时，通过MapReduce直接计算飞行过程的特征数据，所求得的参数与飞行器各状态轨迹图线一起填入预制的latex模版并调用Latex编译命令自动编译生成数据报表。 [0008] 进一步地，所述飞行过程可视化回放模块用于基于飞行数据采用三维模拟的方式实现整个飞行过程的可视化回放。 [0009] 进一步地，所述飞行器工况预警模块在飞行器工况评估结果录入预设的报警门限时启动，以语音报警以及文字报警备份的方式预警 [0010] 进一步地，所述的姿态控制器设置在飞行器上，所述轨迹规划器设置在地面站PC机。 [0011] 进一步地，所述的轨迹规划器生成的轨迹以参考输入方式传递给位置控制器，位置控制器计算后再将指令通过LoRa无线通信模块发送给飞行器，位置控制器的反馈信号直接通过以太网向动态视觉定位导航系统获取。 [0012] 本发明具有以下有益效果： [0013] 能够实现飞行器准确、快速的自主飞行，同时可以直观的再现飞行全过程且能快速的提取有效信息，并生成报表，从而快速发现并解决问题。附图说明 [0014] 图1为本发明实施例一种飞行器飞行控制系统的系统框图。具体实施方式 [0015] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0016] 如图1所示，本发明实施例提供了一种飞行器飞行控制系统，由飞行器硬件平台、自主飞行控制系统以及飞行数据处理系统构成，飞行器硬件平台包括装备有LoRa无线通信模块以及嵌入式ARM微控制器的飞行器、动态视觉定位导航系统、三维姿态传感器、工况接入模块以及地面站PC机；地面站PC机与飞行器之间通过LoRa无线通信模块实现通信；地面站PC机用于实现飞行任务规划、轨迹生成与控制算法的生成，并通过LoRa无线通信模块向飞行器发送控制指令；动态视觉定位导航系统用于进行飞行器位置定位，提供位置反馈，并实现飞行器的导航；三维姿态传感器用于飞行器机身、机翼姿态数据的采集，并将采集到的数据实时反馈至机载姿态控制器，工况接入模块用于接入发动机以及各电机工况数据，并基于用PCA-BP神经网络实现工况数据的评估，将评估结果实时反馈至地面站PC机；自主飞行控制系统包括机载姿态控制器、地面站位置控制器以及轨迹规划器，机载姿态控制器采用闭环控制策略，在姿态稳定可控基础上，地面站位置控制器以姿态为虚拟输入量对位置进行控制，其控制指令通过LoRa无线通信模块发给机载姿态控制器，轨迹规划器用于生成合理的参考轨迹曲线；飞行数据后处理系统由飞行数据本地储存模块、关键数据报表生成模块、飞行器工况预警模块以及飞行过程可视化回放模块构成，所述飞行数据采用python中的MySQL工具包采其存入本地MySQL数据库中，以完整记录飞行器的所有历史信息，所述关键数据报表生成模块在数据分析时，通过MapReduce直接计算飞行过程的特征数据，所求得的参数与飞行器各状态轨迹图线一起填入预制的latex模版并调用Latex编译命令自动编译生成数据报表，所述飞行过程可视化回放模块用于基于飞行数据采用三维模拟的方式实现整个飞行过程的可视化回放，所述飞行器工况预警模块在飞行器工况评估结果录入预设的报警门限时启动，以语音报警以及文字报警备份的方式预警 [0017] 本实施例中，所述的姿态控制器设置在飞行器上，所述轨迹规划器设置在地面站PC机。 [0018] 本实施例中，所述的轨迹规划器生成的轨迹以参考输入方式传递给位置控制器，位置控制器计算后再将指令通过LoRa无线通信模块发送给飞行器，位置控制器的反馈信号直接通过以太网向动态视觉定位导航系统获取。 [0019] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。