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无人机通常具备自动驾驶功能，能按任务要求进行自主飞行，避免人工操作造成的各项限制。飞行控制系统是无人机系统的灵魂和核心组件，是实现无人机自主飞行执行任务的关键设备。
过去的四年里，我单位为各种布局的固定翼飞行器（包括微型电动飞行器、油动飞行器、高速飞行器、常规布局、倒V尾、H尾）量身订制开发了各类专用的飞行控制系统，在低调中实现了各种各样的全自主起飞、全自主飞行、全自主伞降等功能，客户遍及部队、政府、外贸、测绘等领域，积累了大量经验。以四年的技术积累为基础，结合在各种各类飞行器上订制开发飞控系统的经验进行完善总结，根据用户不同的应用领域和对成本的不同要求，终于推出了适用于多种飞行平台的系列化通用小型无人机飞控系统。
二．应用领域
小型无人机飞控系统装载于不同的飞行平台上，可广泛应用于科研试验、战术侦察、应急救灾、海事侦察、森林防火、影像航拍、人工增雨、农业勘察、管道巡检等领域。
YS09小型无人机飞控系统概述
1．系统特性:
Ø
集成4HZ更新率GPS，可扩展北斗、GLONASS组合导航；
Ø
集成数字式空速、气压传感器，0.1mba高精度，高度测量可扩展无线电高度计；
Ø
集成低成本低重量IMU，通过带GPS修正的Kalman滤波计算最贴近真实情况的飞机姿态，动态精度±2º，消除瞬时加速度、陀螺漂移对姿态计算的影响；
Ø
使用跳频遥控信道传输遥控指令，跳频902~930MHZ，屏弃普通无线遥控器，相当于扩展了跳频抗干扰遥控增程器，遥控控制距离增强到电台的控制距离(地对空10~50km以上)，抗干扰性极强抗干扰性极强，在电磁环境复杂地区仍然能安全可靠的手动遥控无人机；
Ø
定位系统可扩展差分GPS，实现精准航线控制与自动滑降；
Ø
可外接高精度惯性导航组件，各类AHRS、垂直陀螺，并可外接涡喷发动机电子控制单元（ECU）；
Ø
可控制机载伺服云台转动，CCD变焦，算法可控制云台锁定地面固定目标；
Ø
定时、定距相机拍照控制，并在机上保存拍照时的飞机遥测参数；
Ø
提供半自主控制，操作员仅仅进行摇杆的左右操作，在定高状态下自动控制无人机飞行；
Ø
实时修改、上传航线，实时调整飞行控制参数；
Ø
飞行操控手的所有操作动作均有数字记录，可回放分析操控过程；实时显示3轴加速度值、3轴陀螺值等IMU传感器信息；
Ø
7—20V宽电压输入，12位A/D采集电压监控；
Ø
多种PID组合控制算法，256~1024个任务航路点，12个制式航线，航段速度、高度、半径和任务可单独设置；
Ø
“傻瓜式”操作，多种飞行控制方式：全自主弹射起飞、全自主手掷起飞、全自主巡航飞行、全自主“一键式”回收、点哪飞哪、就地盘旋；完全夜航功能；
Ø
用户可设置的安全保护功能；电压监控、发动机转速监控，发动机灭车、意外安全保护；
Ø
支持实验室模拟飞行功能，足不出户预先判断飞行效果；
Ø
9通道舵机输出，支持定时、定距控制拍照任务舵机动作，支持开伞、切伞、开舱、抛撒等舵机动作；
Ø
支持完全副翼转弯、压坡度横滚转弯，支持常规、V尾、H尾、三角翼等各种布局；
Ø
搭载在系留平台高空悬浮7天考核，经过军品装备验收程序严格考核，高低温、振动、冲击、电磁兼容等各项指标符合国军标；
3．嵌入式机载计算机介绍:
嵌入式机载计算机板即飞控板，是整个控制系统机载部分的核心，除接收数传电台从遥控端传输过来的遥控信息并提取正确的控制信号外，还完成对3向加速度、3向陀螺数据的采集处理、气压传感器及导航设备采集的侦察平台飞行过程中的GPS位置信息、速度、高度、航向、载荷设备状态等数据的接收，根据预先规划的路线任务进行处理，向执行模块发送指令执行相应任务，并支持实时进行航迹路线的规划。嵌入式机载计算机硬件采用一片基于ARM9架构的AT91RM9200微处理器及外围元器件实现，尺寸为114mm×73mm，重量不超过70g，蕴涵了最新的嵌入式技术，集成度高，功耗低，可靠性高。机载计算机自带GPS处理模块，气压传感器精度为0.1mba，2000米高度以下基本可达1米左右的测高精度。
嵌入式计算机上运行嵌入式控制软件作为系统的应用软件，飞行控制采用PID控制方法，飞机的运动用旋转四元数表示。采用基于修正双子样的等效旋转矢量算法，通过带GPS修正的卡尔曼滤波进行姿态捷联解算，因此根据精度要求可外接各种IMU。
4．系统硬件资源介绍:
Ø
电源芯片：LM2596，允许输入电压7-20V，为系统提供稳定电源；
Ø
中央处理器：ATMEL公司的AT91RM9200，工业级，主频200MHZ；
Ø
外部动态存储器：1片SDRAM，HY57V641620E；
Ø
FLASH：1片512K的DATAFLASH；可扩充32M的FLASH，RC28F320J3C-125；
Ø
串口：4个全双工串口，包含1个DBG口；
Ø
调试及下载接口：一个标准10芯JTAG口；
Ø
FPGA：ALTERA公司的CYCLONE系列EP1C3T100；
Ø
LED指示灯：两个贴片LED，可由程序及FPGA代码控制点亮与熄灭；
Ø
GPS模块：UBLOX的LEA4代或5代产品，支持4HZ刷新率；可扩展差分GPS；
Ø
压力计：两个MS5534A气压传感器，数字SPI总线，精度0.1mba，可获得气压高度与空速；
Ø
电压转换芯片：一片AD7998，8个独立通道，12位转换精度，TWI总线；
Ø
其它:留有系统扩展接口，输出到舵机的信号全部由驱动芯片74LVC16245进行了隔离；
Ø
IMU：系统外接Analog Devices公司新推出的集成3轴加速度计及3轴陀螺的整体IMU器件ADIS16355，解决了传感器精确正交的问题，且成本低廉。
5．软件介绍：
a．飞控核心软件：
运行于嵌入式飞控板上的核心固件程序，超过8000行代码，包括数据融合、姿态解算、导航控制、参数调整、航线上传、制式航线、PID控制、相机控制、云台控制、目标锁定、特殊情况处理、模拟飞行等实用功能；
b．FPGA里的Verilog HDL代码：
包含多通道脉宽计数器、脉宽产生器、外置看门狗、并行数据、地址总线操作、SPI总线产生等模块；
c．地面站系统软件：
地面控制系统软件在无人机飞行前进行任务航路规划，在无人机飞行过程中显示飞行区域的电子地图、航迹、飞行参数、飞机的姿态航向参数。飞行中所有飞行参数和导航数据可实时下传并记录。操作者可通过航迹规划和路径调整进行各种任务的控制执行。地面控制系统的人机界面让操作者可方便的修改航路点、目标航向并监视飞行状态；
6．主要技术指标：
Ø
主供电电压与电流
电压7—20V，电流≯200mA
Ø
可控最高空速
200m/s
Ø
可控最高地速
350m/s
Ø
可控飞行高度
20-5500m
Ø
导航支持方式
GPS，可扩展北斗、GLONASS、差分GPS
Ø
导航精度（偏航距）
≯±3m，无差分，直飞段，重复精度
Ø
定高控制精度
≯±2m（参考值），直飞段，重复精度
Ø
输出舵机控制通道
9路
Ø
中央处理器主时钟频率
200MHz
Ø
舵机更新频率
50HZ
Ø
工作温度
-20℃~+55℃
Ø
储存温度
-40℃~+85℃
[ 本帖最後由 wuhf520 於 2009年11月5日 11:23 AM 編輯 ] |
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發表於 2009年11月5日 11:13 AM