本實(shí)用新型專利技術(shù)提供一種油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，其組成包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)所述控制系統(tǒng)獨(dú)立的直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋槳；通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以精確實(shí)時(shí)地控制無(wú)人機(jī)的航姿、位置、航速和高度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)屬于油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力調(diào)控
，具體涉及一種油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
無(wú)人機(jī)主要分為無(wú)人固定翼、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人多旋翼、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)和無(wú)人撲翼機(jī)，前三類最為常見(jiàn)，而且應(yīng)用最為廣泛。按照氣動(dòng)布局方式的不同，無(wú)人機(jī)可劃分為無(wú)人固定翼、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人多旋翼、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)和無(wú)人撲翼機(jī)，其中前三類最為常見(jiàn)，而且應(yīng)用最為廣泛。無(wú)人固定翼飛行效率最高，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，巡航速度高，但需要跑道，無(wú)法定點(diǎn)懸停，機(jī)動(dòng)性最差；無(wú)人直升機(jī)垂直起降，定點(diǎn)懸停，機(jī)動(dòng)性最好，航時(shí)和載重較大，但結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，成本最高；無(wú)人多旋翼結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，容錯(cuò)能力強(qiáng)，成本低廉，垂直起降，定點(diǎn)懸停，但目前航時(shí)和載重較?。慌c無(wú)人固定翼相比，無(wú)人旋翼機(jī)普遍具有垂直起降、定點(diǎn)懸停和機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)；與無(wú)人直升機(jī)相比，無(wú)人多旋翼又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)和成本低廉等優(yōu)勢(shì)。然而，美中不足的是市場(chǎng)上的多旋翼無(wú)人機(jī)，普遍存在航時(shí)短和載重小的缺陷，這是因?yàn)槟壳岸嘈頍o(wú)人機(jī)均采用電動(dòng)方案，而電池的能量密度比太小，嚴(yán)重阻礙著它的發(fā)展和應(yīng)用。采用燃油作為動(dòng)力來(lái)源是目前突破航時(shí)和載重瓶頸的位唯一途徑，但是發(fā)動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速曲線非線性和響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，會(huì)造成控制精度差和機(jī)動(dòng)能力差，因此油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)領(lǐng)域一直無(wú)人問(wèn)津。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和問(wèn)題，使油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)成為一種現(xiàn)實(shí)。本技術(shù)所采用的技術(shù)方案是多發(fā)直驅(qū)定槳距變轉(zhuǎn)速方案，所述多發(fā)直驅(qū)定漿距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)包括若干發(fā)動(dòng)機(jī)和相同數(shù)量的螺旋槳，其中每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立的直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋槳，每一個(gè)螺旋槳的漿距固定。通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以精確實(shí)時(shí)地控制無(wú)人機(jī)的航姿、位置、航速和高度。此多發(fā)直驅(qū)定漿距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)適用于任何燃油動(dòng)力多旋翼無(wú)人機(jī)。對(duì)于任何一個(gè)具有響應(yīng)慢和非線性等特性的航模發(fā)動(dòng)機(jī)，均可以根據(jù)大量的飛行試驗(yàn)中獲得的有關(guān)PID控制參數(shù)優(yōu)化的規(guī)則加以控制，達(dá)到實(shí)時(shí)精確地調(diào)整轉(zhuǎn)速的目的?？刂扑惴ㄖ胁捎貌逖a(bǔ)、逼近和擬合等方法將非線性的轉(zhuǎn)速曲線進(jìn)行線性化，采用電子噴射和拉桿油門等提高發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度。通過(guò)改變脈寬等參數(shù)改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)控和反饋，可以校正和補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到精確實(shí)時(shí)地控制無(wú)人機(jī)的航姿、航速、位置和高度的有益效果。多發(fā)直驅(qū)定漿距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)采用的控制方法為油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，所述油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)組成包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；所述采集系統(tǒng)是一種多傳感器的控制系統(tǒng)，其組成包括三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)、氣壓計(jì)、測(cè)距傳感器、機(jī)載GPS和霍爾元件組成；所述控制系統(tǒng)的組成包括飛控板和ECU，所述控制系統(tǒng)由飛控板和ECU組成，主要包括處理器、二次電源和通信接口等硬件部分，以及姿態(tài)融合算法、高度融合算法、PID控制算法等軟件部分；所述執(zhí)行系統(tǒng)的組成包括舵機(jī)和電噴。所述三軸陀螺儀測(cè)量飛機(jī)機(jī)體繞三個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)角速率值；所述三軸加速度計(jì)測(cè)量飛機(jī)機(jī)體沿三個(gè)軸向的加速度；所述三軸磁力計(jì)測(cè)量飛機(jī)機(jī)體相對(duì)于三個(gè)軸的磁偏角；所述氣壓計(jì)和測(cè)距傳感器測(cè)量無(wú)人機(jī)的飛行高度；所述機(jī)載GPS測(cè)量無(wú)人機(jī)的三維坐標(biāo)；所述霍爾元件發(fā)送無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)至飛控板，飛控板讀取測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；通過(guò)多種傳感器的信息融合和校正，飛控板得到無(wú)人機(jī)的位置、航速、航姿及高度信息，通過(guò)將這些信息與期望值相比，決定是否調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；若需要調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，飛控板發(fā)送控制指令，一路給舵機(jī)控制風(fēng)門，調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，一路給ECU發(fā)送信號(hào)控制電磁繼電器和油壓調(diào)節(jié)器，從而調(diào)節(jié)進(jìn)油量；所述進(jìn)氣量和進(jìn)油量的改變導(dǎo)致油氣總量的改變，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；所述電噴用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速率。由于螺旋槳直接連在發(fā)動(dòng)機(jī)主軸上，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，直接引起螺旋槳轉(zhuǎn)速的改變，調(diào)節(jié)每個(gè)螺旋槳的拉力值，獲得不同的角速度和加速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)位置、航速、航姿和高度。本技術(shù)中發(fā)動(dòng)機(jī)采用非化油器調(diào)速技術(shù)，螺旋槳由發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)調(diào)整，而不采用任何中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)主軸上的磁珠每轉(zhuǎn)到霍爾元件位置，都會(huì)誘導(dǎo)霍爾元件會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)CDI點(diǎn)火器處理后傳給飛控，飛控讀取測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有的有益效果是：1、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線近似線性，控制精度高（±50rpm），實(shí)用性好；2、發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度加快（0.1~0.3），機(jī)動(dòng)能力提高；3、無(wú)任何傳動(dòng)或變距機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，生產(chǎn)、使用和維護(hù)成本低廉；4、由于沒(méi)有繁瑣的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以整機(jī)質(zhì)量輕，體積小，易于運(yùn)輸。附圖說(shuō)明圖1是基于卡爾曼濾波算法的數(shù)據(jù)融合算法流程圖；圖2是基于聯(lián)邦濾波器的高度融合算法的高度算法流程圖；圖3是調(diào)速控制技術(shù)的流程圖；圖4是四旋翼飛行原理示意圖；圖5是六旋翼飛行原理示意圖。具體實(shí)施方式一種油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其組成包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；所述采集系統(tǒng)是一種多傳感器的控制系統(tǒng)，其組成包括三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)、氣壓計(jì)、測(cè)距傳感器、機(jī)載GPS和霍爾元件組成；所述控制系統(tǒng)的組成包括飛控板和ECU，所述控制系統(tǒng)由飛控板和ECU組成，主要包括處理器、二次電源和通信接口等硬件部分，以及姿態(tài)融合算法、高度融合算法、PID控制算法等軟件部分；所述執(zhí)行系統(tǒng)的組成包括舵機(jī)和電噴。所述三軸陀螺儀測(cè)量飛機(jī)機(jī)體繞三個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)角速率值；所述三軸加速度計(jì)測(cè)量飛機(jī)機(jī)體沿三個(gè)軸向的加速度；所述三軸磁力計(jì)測(cè)量飛機(jī)機(jī)體相對(duì)于三個(gè)軸的磁偏角；所述氣壓計(jì)和測(cè)距傳感器測(cè)量無(wú)人機(jī)的飛行高度；所述機(jī)載GPS測(cè)量無(wú)人機(jī)的三維坐標(biāo)；所述霍爾元件發(fā)送無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)至飛控板，飛控板讀取測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；通過(guò)多種傳感器的信息融合和校正，飛控板得到無(wú)人機(jī)的位置、航速、航姿及高度信息，通過(guò)將這些信息與期望值相比，決定是否調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；若需要調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，飛控板發(fā)送控制指令，一路給舵機(jī)控制風(fēng)門，調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，一路給ECU發(fā)送信號(hào)控制電磁繼電器和油壓調(diào)節(jié)器，從而調(diào)節(jié)進(jìn)油量；所述進(jìn)氣量和進(jìn)油量的改變導(dǎo)致油氣總量的改變，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；所述電噴用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速率。上述所述的控制系統(tǒng)應(yīng)用于多發(fā)直驅(qū)定漿距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，所述多發(fā)直驅(qū)定漿距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)包括若干發(fā)動(dòng)機(jī)和相同數(shù)量的螺旋槳，其中每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立的直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋槳，每一個(gè)螺旋槳的漿距固定。通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以精確實(shí)時(shí)地控制無(wú)人機(jī)的航姿、位置、航速和高度。此多發(fā)直驅(qū)定漿距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)適用于任何燃油動(dòng)力多旋翼無(wú)人機(jī)。由于螺旋槳直接連在發(fā)動(dòng)機(jī)主軸上，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，直接引起螺旋槳轉(zhuǎn)速的改變，調(diào)節(jié)每個(gè)螺旋槳的拉力值，獲得不同的角速度和加速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)位置、航速、航姿和高度。多旋翼系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包含四個(gè)方程組:力方程組、力矩方程組、導(dǎo)航方程組和運(yùn)動(dòng)方程組；整理在一起得出了系統(tǒng)在懸停或慢速飛行時(shí)的非線性數(shù)學(xué)模型為:其中x、y、z為機(jī)體坐標(biāo)對(duì)地球坐標(biāo)的位置，、、分別為沿地球坐標(biāo)系x、y、z方向的速度，、、分別為俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角，、、分別為俯仰角速度、橫滾角速度和偏航角速度。陀螺儀用于測(cè)量飛機(jī)機(jī)體繞三個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)角速率值。使用陀螺儀測(cè)量旋轉(zhuǎn)角速率時(shí)，如果飛機(jī)在旋轉(zhuǎn)，測(cè)得的值為非零值，飛本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，其特征在于，其組成包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；所述采集系統(tǒng)是一種多傳感器的控制系統(tǒng)，其組成包括三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)、氣壓計(jì)、測(cè)距傳感器、機(jī)載GPS和霍爾元件組成；所述控制系統(tǒng)的組成包括飛控板和ECU；所述執(zhí)行系統(tǒng)的組成包括舵機(jī)和電噴。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，其特征在于，其組成包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；所述采集系統(tǒng)是一種多傳感器的控制系統(tǒng)，其組成包括三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)、氣壓計(jì)、測(cè)距傳感器、機(jī)載GPS和霍爾元件組成；所述控制系統(tǒng)的組成包括飛控板和ECU；所述執(zhí)行系統(tǒng)的組成包括舵機(jī)和電噴。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)定槳距變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸陀螺儀測(cè)量飛機(jī)機(jī)體繞三個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)角速率值；所述三軸加速度計(jì)測(cè)量飛機(jī)機(jī)體沿三個(gè)軸向的加速度；所述三軸磁力計(jì)測(cè)量飛機(jī)機(jī)體相對(duì)于三個(gè)軸的磁偏角；所述氣壓計(jì)和測(cè)距傳感器測(cè)量無(wú)人機(jī)的飛行高度；所述機(jī)載GPS測(cè)量無(wú)人機(jī)的三維坐標(biāo)；所述霍...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭向群，姜文輝，甘子?xùn)|，張奎文，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：遼寧壯龍無(wú)人機(jī)科技有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：遼寧;21
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