低成本一体化GNC系统的制作方法

本发明涉及无人机控制，具体为低成本一体化gnc系统。

背景技术：

1、根据中国专利号为“cn107390707a”公开的一种无人机控制系统，包括安装在无人机内的由电源模块供电主处理器，主处理器分别连接姿态航向系统、气压高度传感器、gps模块、超声波传感器、机载遥感设备、信息存储模块、超声波测距模块以及电子调速器，气压高度传感器与gps模块均连接经过比对后与主处理器连接，信息存储模块存储有禁飞区域信息，姿态航向系统直接经过指令调用程序与信息存储模块连接，超声波测距模块直接经过指令调用程序与姿态航向系统连接，主处理器还通过拍摄控制系统连接拍摄设备，主处理器经过数字微波传输与地面站的信息处理系统连接，采用上述的结构后，悬停及定位数据准确，通讯速度十分快，提高了通信的稳定性，可靠的避免了无人机无法受控的问题。

2、上述专利文件及现有技术在使用时存在针对无人机进行数据采集时，针对无人机姿态、航向、高度等飞行数据无法进行全面的一体化的检测，且检测后的控制方式针对性不足，导致无人机损坏或应急状态无法及时发现，且控制成本较高，不利于实际使用。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了低成本一体化gnc系统，解决了无人机数据采集全面性不足和控制成本较高的问题。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：低成本一体化gnc系统，所述系统由飞控计算机系统、舵机系统和飞控软件系统组成，所述系统内部按照控制结构分为制导层和运动控制层，其中：

5、所述飞控计算机系统，主要完成飞行任务调度、控制律解算、控制指令输出、飞行数据记录功能，且飞控计算机系统内部设有11mm×11mm×3.5mm的飞控导航处理芯片；

6、所述舵机系统，用于整个系统的动力提供，所述舵机系统主要由电动机、谐波减速器、位置反馈电位器、控制驱动电路组成；

7、飞控软件系统，用于系统飞行的数据采集和处理，进行机身系统的导航和定位，并进行飞行任务的调度和飞行控制律的实时调度与解算，对飞机系统状态进行实时监控、故障诊断和应急处理，所述飞控软件系统包括飞控软件功能系统和飞控软件控制系统。

8、优选的，所述飞控计算机系统采用sip集成工艺，将处理器、半桥驱动、接口电路、运放等12集成电路与31个阻容封装在11mm×11mm×1.5mm空间内，采用pop集成工艺将气压、磁、存储等7个芯片与s ip集成芯片封装在一起，形成11mm×11mm×3.5mm的飞控导航处理芯片。

9、优选的，所述舵机系统中舵机的最大扭矩≥2n/m，舵机额定扭矩≥1n/m，最大偏转角度≥±90°，舵机重量≤160g，舵机功耗≤60w，且系统中无人机三个方向无法舵机均采用2nm电动舵机。

10、优选的，所述飞控软件功能系统包括初始化模块、系统自检模块、组合导航与信息融合模块、输入输出模块、系统监控与故障检测模块、故障处理模块、控制管理模块以及任务设备管理模块。

11、优选的，所述飞控软件控制系统包括姿态控制、航向控制、高度和水平航迹控制以及速度控制，所述飞控软件控制系统采用串极控制方案，内回路为基本的姿态跟踪控制和电机转速控制，外回路为速度和航迹控制，控制律采用经典的pid控制和超前滞后补偿。

12、优选的，所述飞控软件控制系统中的姿态控制进一步包括以下内容：

13、所述姿态控制中，横滚和俯仰均采用常规的带角速率反馈的pi控制律，航向上采用偏航角速率反馈构成次级控制器以抑制侧滑，根据各个典型速度的线性模型设计姿态控制律，运行时以速度为调度参数对典型点姿态控制律输出作线性加权得到控制器输出。

14、优选的，所述飞控软件控制系统中的高度和水平航迹控制进一步包括以下内容：

15、所述高度和水平航迹控制中的高度控制包括高度保持及高度改变控制。高度保持以俯仰角控制为内环。

16、优选的，所述飞控软件控制系统中的速度控制进一步包括以下内容：

17、所述速度控制包括地速保持和空速保持，飞机在飞行过程中采用地速保持，空速只作为安全监控变量监控失速，在必要时提供速度设定值的前馈补偿，速度控制视情选择两种方式：俯仰角控速和电机推力控速，前者在电机油门固定时采用，以俯仰角控制为内环，后者以电机转速控制为内环。

18、有益效果

19、本发明提供了低成本一体化gnc系统。具备以下有益效果：

20、本发明采用飞控计算机系统、舵机系统和飞控软件系统组成整个系统结构，使整个系统在飞控计算机系统的控制和舵机系统的驱动下，通过飞控软件系统对无人机飞行时的姿态、航向、高度和水平航迹以及速度进行数据采集和控制调节，实现对无人机系统的导航、制导和控制一体化系统结构，对无人机飞控系统进行实时数据采集、监控、故障诊断和应急处理，采用模块化拼接系统，成本低，效率高。

技术特征：

1.低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述系统由飞控计算机系统、舵机系统和飞控软件系统组成，所述系统内部按照控制结构分为制导层和运动控制层，其中：

2.根据权利要求1所述的低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述飞控计算机系统采用sip集成工艺，将处理器、半桥驱动、接口电路、运放等12集成电路与31个阻容封装在11mm×11mm×1.5mm空间内，采用pop集成工艺将气压、磁、存储等7个芯片与sip集成芯片封装在一起，形成11mm×11mm×3.5mm的飞控导航处理芯片。

3.根据权利要求1所述的低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述舵机系统中舵机的最大扭矩≥2n/m，舵机额定扭矩≥1n/m，最大偏转角度≥±90°，舵机重量≤160g，舵机功耗≤60w，且系统中无人机三个方向无法舵机均采用2nm电动舵机。

4.根据权利要求1所述的低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述飞控软件功能系统包括初始化模块、系统自检模块、组合导航与信息融合模块、输入输出模块、系统监控与故障检测模块、故障处理模块、控制管理模块以及任务设备管理模块。

5.根据权利要求1所述的低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述飞控软件控制系统包括姿态控制、航向控制、高度和水平航迹控制以及速度控制，所述飞控软件控制系统采用串极控制方案，内回路为基本的姿态跟踪控制和电机转速控制，外回路为速度和航迹控制，控制律采用经典的pid控制和超前滞后补偿。

6.根据权利要求5所述的低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述飞控软件控制系统中的姿态控制进一步包括以下内容：

7.根据权利要求5所述的低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述飞控软件控制系统中的高度和水平航迹控制进一步包括以下内容：

8.根据权利要求5所述的低成本一体化gnc系统，其特征在于：所述飞控软件控制系统中的速度控制进一步包括以下内容：

技术总结本发明提供低成本一体化GNC系统，涉及无人机控制技术领域，所述系统由飞控计算机系统、舵机系统和飞控软件系统组成，系统内部按照控制结构分为制导层和运动控制层，采用飞控计算机系统、舵机系统和飞控软件系统组成整个系统结构，使整个系统在飞控计算机系统的控制和舵机系统的驱动下，通过飞控软件系统对无人机飞行时的姿态、航向、高度和水平航迹以及速度进行数据采集和控制调节，实现对无人机系统的导航、制导和控制一体化系统结构，对无人机飞控系统进行实时数据采集、监控、故障诊断和应急处理，采用模块化拼接系统，成本低，效率高。技术研发人员：魏亮,曾惠华,游春受保护的技术使用者：上海捷翔航空技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25