小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統的製作方法
2023-07-09 06:08:01
專利名稱：小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統。
背景技術：
無人直升機依靠旋翼的旋轉產生升力和控制力，因此無人直升機能夠實現空中懸停、低空、低速飛行、垂直起降等功能。即使在發動機故障的情況下，也可以通過旋翼自旋下滑著陸。無人直升機得天獨厚的優勢引起了全世界的關注，無論是軍事還是民用領域都出現了許多比較優秀的無人直升機，比如軍事應用中具有代表性的美國「火力偵察兵」無人直升機，民用領域中具有代表性的奧地利「S100」無人直升機和日本山葉無人直升機。無人直升機應用於農藥噴灑是農用機械的一次重大革命，與其它施藥設備相比，無人直升機低空施藥大大提高了工作效率，降低勞動強度，減少施藥設備進入田地對農作物的碾壓損失。同時無人直升機高速的旋翼下洗氣流能夠將農藥均勻的噴灑到作物的正反面，能夠在最大程度上發揮農藥的功效。無人直升機的操縱方式一般有遙控與程控兩種方式，遙控指操作手通過遙控設備直接操縱無人直升機的傾斜盤來控制其飛行；程控是指由無人直升機的機載飛控計算機控制其飛行。由於直升機的穩定性差，操縱難度大，只有經過長期培訓的高水平操作手才能夠人工操縱無人直升機進行噴灑作業，因此無人直升機應用於農藥噴灑能否成功推廣的關鍵就是飛機的易操縱性。 本發明針對小型無人直升機應用於農藥噴灑的特點，通過飛行控制系統的作用更改無人直升機的操縱模式，降低無人直升機的操縱難度，使無人直升機更適合低空農藥噴灑作業。
發明內容
基於上述問題，本發明提供一種最大限度降低操作手的操縱難度和勞動強度的小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統。本發明的目的是通過以下技術方案來實現
一種小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，包括地面遙控設備、遙控接收機、機載飛行控制計算機、慣性測量單元(IMU)、磁羅盤、GPS模塊、氣壓高度計，所述地面遙控設備與遙控接收機通過無線信號進行數據傳輸，地面遙控設備將控制杆位置信號發送給遙控接收機，機載飛行控制計算機採集遙控接收機輸出的控制杆位置信號，並將控制杆位置信號轉化為飛行控制系統對應的控制通道的速度指令，所述速度指令包括縱向速度指令、橫向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令，所述機載飛行控制計算機與遙控接收機、慣性測量單元(MU)、磁羅盤、GPS模塊、氣壓高度計連接，並且由所述機載飛行控制計算機將執行命令輸出給執行舵機。所述控制通道包括縱向通道、橫向通道、總距通道和航向通道。所述縱向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、縱向速度控制迴路、姿態控制迴路、前饋補償迴路，縱向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與縱向速度控制迴路的輸入端連接，所述縱向速度控制迴路的輸出端分別與姿態控制迴路、前饋補償迴路連接，所述姿態控制迴路、前饋補償迴路輸出縱向周期變距信號。所述橫向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、橫向速度控制迴路、姿態控制迴路、前饋補償迴路，橫向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與橫向速度控制迴路的輸入端連接，所述橫向速度控制迴路的輸出端分別與姿態控制迴路、前饋補償迴路連接，所述姿態控制迴路、前饋補償迴路輸出橫向周期變距信號。所述總距通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器和垂向速度控制迴路，垂向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與垂向速度控制迴路的輸入端連接，所述垂向速度控制迴路同時接 收俯仰角信號和滾轉角信號，垂向速度控制迴路輸出總距信號。所述航向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、航向速度控制迴路和總距-尾槳補償模塊，航向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與航向速度控制迴路的輸入端連接，所述航向速度控制迴路的輸入端還與總距-尾槳補償模塊連接，航向速度控制迴路輸出尾槳距信號。本方案利用常規航模無線遙控設備，採用單鏈路設計。本專利利用無人直升機進行低空施藥能夠大大提高農藥噴灑效率、增加農藥效果、降低噴灑對作物造成的損失，同時也為國家提倡的統防統治提供一種高效的操作手段。無人直升機應用於農藥噴灑進行大面積推廣困難的主要原因是無人直升機的操縱難度較大，需要經過長期專業培訓的操作人員方能勝任。本專利的技術方案通過飛控系統將原來遙控器杆直接對應控制舵面的方式更改為遙控器杆對應飛機的飛行速度。將小型無人直升機的飛行操縱傻瓜化，使一個沒有任何經驗的人經過短期簡單培訓即可操縱飛行進行噴灑作業。從而為小型無人直升機進行農藥噴灑作業的大面積推廣提供技術保障。
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。圖I為本發明所述小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統的結構圖。圖2是縱向通道控制流程圖。圖3是橫向通道控制流程圖。圖4是總距通道控制流程圖。圖5是航向通道控制流程圖。圖6是地面遙控設備控制流程圖。
具體實施例方式如圖I、圖6所示，本發明實施例所述的小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，包括地面遙控設備、遙控接收機、機載飛行控制計算機、慣性測量單元(MU)、磁羅盤、GPS模塊、氣壓高度計，所述地面遙控設備與遙控接收機通過無線信號進行數據傳輸，地面遙控設備將控制杆位置信號發送給遙控接收機，機載飛行控制計算機採集遙控接收機輸出的控制杆位置信號，並將控制杆位置信號轉化為飛行控制系統對應的控制通道的速度指令，所述速度指令包括縱向速度指令、橫向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令，所述機載飛行控制計算機與遙控接收機、慣性測量單元(IMU)、磁羅盤、GPS模塊、氣壓高度計連接，並且由所述機載飛行控制計算機將執行命令輸出給執行舵機。本方案利用常規航模無線遙控設備，採用單鏈路設計，通過機載飛控計算機採集航模遙控接收機輸出的PWM信號獲取遙控器控制杆的位置信號。飛控計算機將杆位置信號轉換為飛控系統對應通道的速度指令。飛控計算機同時採集機載傳感器設備的數據計算出無人直升機當前的姿態、角速率、加速度、速度、位置和高度信號。將遙控器給定的指令信號和飛機當前的實際狀態進行對比，通過控制算法計算出各個舵機的控制量，控制飛機按操作手給定的速度飛行。
小型農藥噴灑無人直升機控制通道分為縱向通道、橫向通道、總距通道和航向通道。各通道詳細控制流程如下
如圖2所示，所述縱向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、縱向速度控制迴路、姿態控制迴路、前饋補償迴路，縱向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與縱向速度控制迴路的輸入端連接，所述縱向速度控制迴路的輸出端分別與姿態控制迴路、前饋補償迴路連接，所述姿態控制迴路、前饋補償迴路輸出縱向周期變距信號。如圖3所示，所述橫向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、橫向速度控制迴路、姿態控制迴路、前饋補償迴路，橫向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與橫向速度控制迴路的輸入端連接，所述橫向速度控制迴路的輸出端分別與姿態控制迴路、前饋補償迴路連接，所述姿態控制迴路、前饋補償迴路輸出橫向周期變距信號。如圖4所示，所述總距通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器和垂向速度控制迴路，垂向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與垂向速度控制迴路的輸入端連接，所述垂向速度控制迴路同時接收俯仰角信號和滾轉角信號，垂向速度控制迴路輸出總距信號。如圖5所示，所述航向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、航向速度控制迴路和總距-尾槳補償模塊，航向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與航向速度控制迴路的輸入端連接，所述航向速度控制迴路的輸入端還與總距-尾槳補償模塊連接，航向速度控制迴路輸出尾槳距信號。本方案利用常規航模無線遙控設備，採用單鏈路設計。本專利利用無人直升機進行低空施藥能夠大大提高農藥噴灑效率、增加農藥效果、降低噴灑對作物造成的損失，同時也為國家提倡的統防統治提供一種高效的操作手段。無人直升機應用於農藥噴灑進行大面積推廣困難的主要原因是無人直升機的操縱難度較大，需要經過長期專業培訓的操作人員方能勝任。本專利的技術方案通過飛控系統將原來遙控器杆直接對應控制舵面的方式更改為遙控器杆對應飛機的飛行速度。將小型無人直升機的飛行操縱傻瓜化，使一個沒有任何經驗的人經過短期簡單培訓即可操縱飛行進行噴灑 作業。從而為小型無人直升機進行農藥噴灑作業的大面積推廣提供技術保障。
權利要求
1.一種小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，包括地面遙控設備、遙控接收機、機載飛行控制計算機、慣性測量單元(MU)、磁羅盤、GPS模塊、氣壓高度計，其特徵在於，所述地面遙控設備與遙控接收機通過無線信號進行數據傳輸，地面遙控設備將控制杆位置信號發送給遙控接收機，機載飛行控制計算機採集遙控接收機輸出的控制杆位置信號，並將控制杆位置信號轉化為飛行控制系統對應的控制通道的速度指令，所述速度指令包括縱向速度指令、橫向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令，所述機載飛行控制計算機與遙控接收機、慣性測量單元(MU)、磁羅盤、GPS模塊、氣壓高度計連接，並且由所述機載飛行控制計算機將執行命令輸出給執行舵機。
2.如權利要求I所述的小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，其特徵在於，所述控制通道包括縱向通道、橫向通道、總距通道和航向通道。
3.如權利要求2所述的小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，其特徵在於，所述縱向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、縱向速度控制迴路、姿態控制迴路、前饋補償迴路，縱向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與縱向速度控制迴路的輸入端連接，所述縱向速度控 制迴路的輸出端分別與姿態控制迴路、前饋補償迴路連接，所述姿態控制迴路、前饋補償迴路輸出縱向周期變距信號。
4.如權利要求2所述的小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，其特徵在於，所述橫向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、橫向速度控制迴路、姿態控制迴路、前饋補償迴路，橫向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與橫向速度控制迴路的輸入端連接，所述橫向速度控制迴路的輸出端分別與姿態控制迴路、前饋補償迴路連接，所述姿態控制迴路、前饋補償迴路輸出橫向周期變距信號。
5.如權利要求2所述的小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，其特徵在於，所述總距通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器和垂向速度控制迴路，垂向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與垂向速度控制迴路的輸入端連接，所述垂向速度控制迴路同時接收俯仰角信號和滾轉角信號，垂向速度控制迴路輸出總距信號。
6.如權利要求2所述的小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，其特徵在於，所述航向通道，包括速度指令生成器、微分器、限幅器、航向速度控制迴路和總距-尾槳補償模塊，航向杆位置信號同時輸送給速度指令生成器和微分器，所述微分器與限幅器串聯後再與速度指令生成器並聯，並聯後與航向速度控制迴路的輸入端連接，所述航向速度控制迴路的輸入端還與總距-尾槳補償模塊連接，航向速度控制迴路輸出尾槳距信號。
全文摘要
一種小型農藥噴灑無人直升機飛行操控系統，包括地面遙控設備、遙控接收機、機載飛行控制計算機、慣性測量單元(IMU)、磁羅盤、GPS模塊、氣壓高度計，所述地面遙控設備與遙控接收機通過無線信號進行數據傳輸，地面遙控設備將控制杆位置信號發送給遙控接收機，機載飛行控制計算機採集遙控接收機輸出的控制杆位置信號，並將控制杆位置信號轉化為飛行控制系統對應的控制通道的速度指令，所述速度指令包括縱向速度指令、橫向速度指令、垂向速度指令、航向速度指令。本發明利用無人直升機進行低空施藥能夠大大提高農藥噴灑效率、增加農藥效果、降低噴灑對作物造成的損失。
文檔編號G05D1/10GK102749926SQ20121024091
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者沈建平, 黃時建, 黃海 申請人:無錫漢和航空技術有限公司