專利名稱：一種中小型無人機傘降回收控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無人機自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是指一種中小型無人機傘降回收控制 裝置及其控制方法。
技術(shù)背景中小型無人機在軍事和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如軍事偵察、輸油管線巡査、城市 規(guī)劃、大氣環(huán)境監(jiān)控等。中小型無人機多采用彈射或火箭助推等方式起飛升空，而采用傘降方式進行回收。傘降 指令由地面操作人員通過地面測控站發(fā)出，機上控制系統(tǒng)接收到傘降指令后控制開傘裝置， 開傘裝置進行開傘動作。開傘裝置通常由拋傘機構(gòu)和相應(yīng)的控制電路構(gòu)成,拋傘機構(gòu)多采用"爆炸螺栓+彈簧裝置" 或"舵機+機械結(jié)構(gòu)"兩種方式，其中"爆炸螺栓+彈簧裝置"結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，應(yīng)用范 圍較廣。但爆炸螺栓是由繼電器開關(guān)進行通電控制，而繼電器的輸入信號常為電壓較低的TTL 電平離散輸出信號，在復(fù)雜的電磁情況下容易被干擾，從而使爆炸螺栓起爆引起意外開傘。傘降指令由地面測控站臺面的撥動開關(guān)、按鍵或是測控算法界面的按鍵進行控制。在操 縱人員對無人機進行操作時可能會意外觸動相應(yīng)的開關(guān)或按鍵，錯i吳地發(fā)出傘降指令，如果 沒有對傘降指令進行保護會引起意外開傘。中小型無人機機身較小，機上各個設(shè)備的位置都很接近。如果沒有對發(fā)動機和傘降裝置 進行綜合的控制，降落傘拋出時發(fā)動機沒有停車，則降落傘的傘繩很可能被螺旋槳纏繞、切 割，使降落傘無法張開造成傘降失敗。 發(fā)明 內(nèi) 容本發(fā)明提供了一種中小型無人機的傘降回收控制裝置及其控制方法，通過兩個離散輸入 三選二電路A、 B、兩個繼電器驅(qū)動電路A、 B、兩個繼電器A、 B組成的回收控制裝置及其相應(yīng)的控制方法，實現(xiàn)了對無人機傘降回收的安全可靠控制。所述兩個離散輸入三選二電路的輸入分別為發(fā)動機停車控制信號和開傘控制信號，兩個 繼電器驅(qū)動電路分別根據(jù)兩個離散輸入三選二電路的輸出來驅(qū)動兩個繼電器A、 B吸合或者 斷開，兩個繼電器A、 B通過吸合和斷開狀態(tài)分別來控制發(fā)動機和爆炸螺栓的工作，從而保證無人機傘降回收的安全可靠。控制發(fā)動機停車的三路離散電平控制信號經(jīng)離散輸入三選二 電路A后，輸出一路控制信號由印刷板走線連接至繼電器驅(qū)動電路A的輸入端，繼電器驅(qū)動電路A的輸出由印刷板走線連接至繼電器A,驅(qū)動繼電器A吸合或者斷開；控制開傘爆炸螺 栓的三路離散電平控制信號經(jīng)離散輸入三選二電路B后，輸出一路控制信號由印刷板走線連 接至繼電器驅(qū)動電路B的輸入端，繼電器驅(qū)動電路B的輸出由印刷板走線連接至繼電器B， 驅(qū)動繼電器B吸合或斷開；繼電器A和B的觸點焊接電纜，分別與發(fā)動機點火供電電路以 及爆炸螺栓點火供電電路連接發(fā)動機點火供電電路經(jīng)過繼電器A的常閉觸點構(gòu)成回路；開 傘爆炸螺栓的供電電路經(jīng)過繼電器A和繼電器B的常開觸點構(gòu)成回路。所述的發(fā)動機停車控制信號和開傘控制信號均為三路離散電平控制信號，當(dāng)三路離散電 平控制信號中至少有二路均為高電平時，離散輸入三選二電路的輸出信號才能控制繼電器驅(qū) 動電路使相應(yīng)的繼電器A、 B吸合。其中的一個繼電器A有兩組觸點， 一組為常閉觸點、一 組為常開觸點，而另一個繼電器B只有一組常開觸點。發(fā)動機點火供電由繼電器A的常閉觸 點控制，通常情況下為閉合狀態(tài)，保證發(fā)動機點火的正常供電；當(dāng)繼電器A吸合時，常閉觸 點斷開，發(fā)動機點火停止供電。爆炸螺栓加電由繼電器A和B的兩組常開觸點串聯(lián)控制，正 常情況下兩組觸點都為斷開狀態(tài)，爆炸螺栓不加電；當(dāng)繼電器A吸合時，爆炸螺栓進行預(yù)加 電；在繼電器A、 B均吸合時，爆炸螺栓加電起爆。如果只有繼電器A或B單獨吸合時，爆 炸螺栓均不能加電起爆。上述控制裝置由專用控制算法進行控制，算法每隔一個固定的周期(如80亳秒)運行 一次?？刂扑惴ㄒ?guī)定了 "未開傘"、"安全預(yù)令"和"開傘"三種邏輯狀態(tài)，并對"安全預(yù)令 有效時間"、"發(fā)動機停車時間"進行計時，邏輯狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換由測控指令、當(dāng)前邏輯狀態(tài) 和上述兩個計時值決定。"安全預(yù)令有效時間"是邏輯狀態(tài)由"未開傘"轉(zhuǎn)換為"安全預(yù)令" 之后的時間，"發(fā)動機停車時間"為向發(fā)動機停車控制信號輸入高電平信號后的時間，這兩個 時間通過兩個不同的計時器進行計時。算法初始時的邏輯狀態(tài)為"未開傘"，此時向發(fā)動機停 車控制信號和開傘控制信號均輸入低電平信號，繼電器A和B均不吸合。當(dāng)收到地面測控站 發(fā)來的"安全預(yù)令"后，邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為"安全預(yù)令"，同時開始"安全預(yù)令有效時間"計時; 如果收到地面測控站發(fā)送的其它指令，則保持當(dāng)前狀態(tài)不變。在"安全預(yù)令有效時間"小于 IO秒鐘時，如果收到地面測控站發(fā)來的"開傘"指令，則邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為"開傘"；如果收 到其它指令，則保持當(dāng)前狀態(tài)不變；如果在"安全預(yù)令有效時間"小于10秒鐘的時限以內(nèi) 沒有收到"開傘"指令，則邏輯狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換為"未開傘"。上述10秒鐘時間是操作人員在 正常操作情況下從發(fā)"安全預(yù)令"到發(fā)"開傘"的時限，依據(jù)經(jīng)驗選定。當(dāng)邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為 "開傘"后，開始"發(fā)動機停車時間"計時，向發(fā)動機停車控制信號輸入高電平信號，繼電 器A吸合，切斷發(fā)動機點火供電電路，同時對爆炸螺栓進行預(yù)加電；當(dāng)"發(fā)動機停車時間" 超過4秒時，發(fā)動機已基本停止轉(zhuǎn)動，此時在保持向發(fā)動機停車控制信號輸入髙電平信號的 同時也向開傘控制信號輸入高電平信號，繼電器B吸合，完全接通爆炸螺栓的供電電路，使其加電起爆，啟動開傘機構(gòu)進行拋傘動作。上述4秒鐘時間是切斷發(fā)動機點火供電到發(fā)動機 螺旋槳停止轉(zhuǎn)動的時間，根據(jù)發(fā)動機停車試驗的結(jié)果選定。 本發(fā)明的優(yōu)點在于1) 傘降回收裝置中釆用離散輸入三選二電路控制繼電器驅(qū)動電路輸入，防止開傘控制信號受到干擾引起開傘機構(gòu)誤動作；2) 通過兩個繼電器開關(guān)控制爆炸螺栓點火工作，可以防止操縱人員誤操作弓l起意外開傘;3) 對發(fā)動機停車和傘降進行綜合控制，防止傘繩被螺旋槳纏繞、切割。4) 傘降回收裝置硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)；5) 所采用的控制方法邏輯清晰、工作可靠。


圖1為本發(fā)明的傘降回收控制裝置的硬件電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的傘降回收控制方法流程圖。圖中1一離散輸入三選二電路A， 2 —離散輸入三選二電路B， 3 —繼電器驅(qū)動電路A， 4 —繼電器驅(qū)動電路B， 5 —繼電器A， 6 —繼電器B, 501 —常閉觸點，502 —常開觸點，601 一常開觸點具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種中小型無人機傘降回收裝置及其控制方法作進一步的詳細(xì) 說明本發(fā)明所述的傘降回收裝置由離散輸入三選二電路A1、離散輸入三選二電路B2、繼電 器驅(qū)動電路A3、繼電器驅(qū)動電路B4、發(fā)動機停車控制繼電器A5和開傘爆炸螺栓控制繼電 器B6組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。離散輸入三選二電路Al、 B2和繼電器驅(qū)動電路A3、 B4參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，兩者與繼電器A5、 B6—起焊接于印刷電路板，其中繼電器A5為發(fā) 動機停車控制繼電器，繼電器B6為開傘爆炸螺栓控制繼電器，且繼電器A5有兩組觸點， 一組為常閉觸點501、 一組為常開觸點502，而繼電器B6只有一組常開觸點601。控制發(fā) 動機停車的三路離散電平控制信號經(jīng)離散輸入三選二電路Al后，輸出一路控制信號由印刷 板走線連接至繼電器驅(qū)動電路A3的輸入端,繼電器驅(qū)動電路A3的輸出由印刷板走線連接至 繼電器A5，驅(qū)動繼電器A5吸合或者斷開；控制開傘爆炸螺栓的三路離散電平控制信號經(jīng)離 散輸入三選二電路B2后，輸出一路控制信號由印刷板走線連接至繼電器驅(qū)動電路B4的輸 入端，繼電器驅(qū)動電路B4的輸出由印刷板走線連接至繼電器B6，驅(qū)動繼電器B6吸合或者 斷開；繼電器A5和B6的觸點焊接電纜，分別與發(fā)動機點火供電電路以及爆炸螺栓點火供 電電路連接發(fā)動機點火供電電路經(jīng)過繼電器A5的常閉觸點501構(gòu)成回路；開傘爆炸螺栓 的供電電路經(jīng)過繼電器A5和繼電器B6的常開觸點502、 601構(gòu)成回路。應(yīng)用實例中所述的離散輸入三選二電路A1和離散輸入三選二電路B2的輸入為三路離 散TTL電平控制信號，當(dāng)三路控制信號中至少有二路均為高電平時，其輸出才為高電平，此 時離散輸入三選二電路A1或離散輸入三選二電路B2的輸出信號才能分別控制繼電器驅(qū)動 電路A3或B4使相應(yīng)的繼電器A5或B6吸合。發(fā)動機點火供電由繼電器A5的常閉觸點501 控制，通常情況下常閉觸點501為閉合狀態(tài)，保證發(fā)動機點火的正常供電；當(dāng)繼電器A5吸 合時，常閉觸點501斷開，常開觸點502閉合，發(fā)動機點火停止供電。爆炸螺栓加電由繼 電器A5、繼電器B6的兩組常開觸點502、 601串聯(lián)控制，正常情況下兩組常開觸點502、 601都為斷開狀態(tài)，爆炸螺栓不加電；當(dāng)繼電器5吸合時，常開觸點502閉合，爆炸螺栓進 行預(yù)加電；在繼電器A5、 B6均吸合時，常開觸點502和常開觸點601均閉合，爆炸螺栓 加電起爆。如果只有繼電器A5或B6單獨吸合時，或者說常開觸點502和常開觸點601有 任意一個不能閉合，則爆炸螺栓均不能加電起爆。應(yīng)用所述的傘降回收裝置進行控制的流程圖見圖2，該控制算法每隔一個固定的周期運 行一次，通常為80亳秒。在每個周期開始后，首先判斷當(dāng)前的邏輯狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的 邏輯狀態(tài)分支，所述的邏輯狀態(tài)分支為"未開傘"、"安全預(yù)令"、"開傘"。當(dāng)邏輯狀態(tài)為"未開傘"時，首先向發(fā)動機停車控制信號和開傘控制信號均輸入低電平 信號，然后判斷當(dāng)前的遙控指令是否為"安全預(yù)令"，如果是則將邏輯狀態(tài)改為"安全預(yù)令"， 同時將"安全預(yù)令"有效計時器清零，準(zhǔn)備對"安全預(yù)令"狀態(tài)下經(jīng)歷的運行周期的個數(shù)進 行計數(shù)，否則直接退出。當(dāng)邏輯狀態(tài)為"安全預(yù)令"時，首先將安全預(yù)令有效計時器加一，表明在此狀態(tài)下的時 間又經(jīng)過了80毫秒，然后利用安全預(yù)令有效計時器的計數(shù)值來判斷"安全預(yù)令有效時間" 是否大于10秒，如果是則將邏輯狀態(tài)改為"未開傘"并退出，否則繼續(xù)判斷當(dāng)前的遙控指 令是否為"開傘"如果是則將邏輯狀態(tài)改為"開傘"，同時將發(fā)動機停車計時器清零，否則 直接退出。所述的"安全預(yù)令有效時間"是根據(jù)控制算法在"安全預(yù)令"狀態(tài)下經(jīng)歷的運行 周期的個數(shù)進行計算的，例如控制算法的運行周期為80毫秒，當(dāng)安全預(yù)令有效計時器的計 數(shù)值大于125 (10秒除以80毫秒的值)時，"安全預(yù)令有效時間"的計時即大于10秒。當(dāng)邏輯狀態(tài)為"開傘"時，首先將發(fā)動機停車計時器加一，接著向發(fā)動機停車控制信號 輸入高電平，然后判斷發(fā)動機停車計時是否大于4秒，如果是則向開傘控制信號輸入高電平 并退出，否則直接退出。發(fā)動機停車時間的計時方法和前述安全預(yù)令有效時間的計時方法相 同。通常狀態(tài)下，控制算法的邏輯狀態(tài)為"未開傘"，發(fā)動機停車控制信號和開傘控制信號 的輸入均為TTL低電平信號。此時圖1中離散輸入三選二電路A1和離散輸入三選二電路 B2的輸入均為低電平，從而繼電器驅(qū)動電路A3、繼電器驅(qū)動電路B4的輸出也使繼電器A5和繼電器B6均不能吸合。繼電器A5的常閉觸點501閉合、常開觸點502斷開，故發(fā)動機 點火供電電路閉合，發(fā)動機可以正常點火工作，同時繼電器B6的常開觸點601也處于斷開 狀態(tài)，爆炸螺栓的點火供電被切斷，無法起爆。這種情況下，即使地面操作人員意外發(fā)出"開 傘"指令，算法無法直接轉(zhuǎn)換到"開傘"狀態(tài)，不會引發(fā)開傘動作。如果地面操作人員判斷需要進行傘降回收，則首先應(yīng)通過地面測控站發(fā)出"安全預(yù)令"。 此時控制算法的邏輯狀態(tài)為"未開傘"，接收到"安全預(yù)令"指令后，邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為"安 全預(yù)令"，并同時啟動安全預(yù)令有效計時器開始計時。地面操作人員應(yīng)在"安全預(yù)令"發(fā)出 后10秒以內(nèi)，再發(fā)出"開傘"指令，否則IO秒后，箅法狀態(tài)自動退回"未開傘"，此后再 發(fā)出的"開傘"指令無效。當(dāng)在"安全預(yù)令"發(fā)出后10秒以內(nèi)接著發(fā)出"開傘"指令，算 法邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為"開傘"，同時啟動發(fā)動機停車計時器開始計時，進入開傘流程首先向 發(fā)動機停車控制信號輸入三路TTL高電平信號，經(jīng)過三選二判斷后，繼電器驅(qū)動電路A3使 繼電器A5吸合，常閉觸點501斷開，發(fā)動機點火供電電路被切斷，發(fā)動機停車，螺旋槳在 慣性作用下旋轉(zhuǎn)一段時間后停止轉(zhuǎn)動，時間大約為4秒；同時其常開觸點502閉合，對爆炸 螺栓進行預(yù)加電。發(fā)動機停車計時大于4秒時，螺旋槳基本停止轉(zhuǎn)動，此時向發(fā)動機停車控 制信號和開傘控制信號均輸入三路TTL高電平信號，繼電器驅(qū)動電路A3使繼電器A5繼續(xù) 保持吸合狀態(tài)，同時繼電器驅(qū)動電路B4使繼電器B6吸合，使爆炸螺栓點火供電電路完全 閉合，爆炸螺栓起爆，開傘機構(gòu)啟動并進行拋傘動作。在實際應(yīng)用中，發(fā)動機停車控制信號和開傘控制信號由于TTL信號本身電壓較低，有可 能會受到干擾，但只要其輸出的三路信號有任意二路未被拉到高電平，對應(yīng)的繼電器就不會 產(chǎn)生誤動作，因此可以防止操縱人員誤操作引起意外開傘；由于對發(fā)動機停車和傘降進行綜 合控制，防止了傘繩被螺旋槳纏繞、切割，保證了無人機安全傘降回收。
權(quán)利要求
1. 一種中小型無人機的傘降回收控制裝置，包括繼電器A、繼電器B和對應(yīng)的繼電器驅(qū)動電路A、繼電器驅(qū)動電路B，其特征在于還包括兩個離散輸入三選二電路A、離散輸入三選二電路B；控制發(fā)動機停車的三路離散電平控制信號經(jīng)離散輸入三選二電路A后，輸出一路控制信號由印刷板走線連接至繼電器驅(qū)動電路A的輸入端，繼電器驅(qū)動電路A的輸出由印刷板走線連接至繼電器A，驅(qū)動繼電器A吸合或者斷開；控制開傘爆炸螺栓的三路離散電平控制信號經(jīng)離散輸入三選二電路B后，輸出一路控制信號由印刷板走線連接至繼電器驅(qū)動電路B的輸入端，繼電器驅(qū)動電路B的輸出由印刷板走線連接至繼電器B，驅(qū)動繼電器B吸合或者斷開；繼電器A和B的觸點焊接電纜，分別與發(fā)動機點火供電電路以及爆炸螺栓點火供電電路連接發(fā)動機點火供電電路經(jīng)過繼電器A的常閉觸點構(gòu)成回路；開傘爆炸螺栓的供電電路經(jīng)過繼電器A和繼電器B的常開觸點構(gòu)成回路；
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種中小型無人機的傘降回收控制裝置，其特征在于 所述的繼電器A、繼電器B分別為發(fā)動機停車控制繼電器和開傘控制繼電器， 繼電器A具有一個常閉觸點和一個常開觸點，繼電器B具有一個常開觸點。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種中小型無人機的傘降回收控制裝置，其特征在于 繼電器A、 B的吸合是通過離散輸入三選二電路的輸出進行控制，即單個繼 電器同時由三路離散輸入信號進行控制，只有當(dāng)三路離散輸入信號中至少有 兩路為高電平時，對應(yīng)的繼電器才吸合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中小型無人機的傘降回收控制裝置的控制方法， 其特征在于所述的控制算法每隔一個固定的周期運行一次，在每個周期開 始后，首先判斷當(dāng)前的邏輯狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的邏輯狀態(tài)分支，所述的邏 輯狀態(tài)分支為"未開傘"、"安全預(yù)令"、"開傘"；分支一當(dāng)前邏輯狀態(tài)為"未開傘"，首先，向開傘控制信號和發(fā)動機停車控制信號輸入分別輸入三路低電平信號；然后，判斷當(dāng)前的遙控指令是否為"安全預(yù)令"；如果判斷結(jié)果為"是"，則 將邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為"安全預(yù)令"，并將安全預(yù)令有效計時器清零，然后退出；如果判斷結(jié)果為"否"，則直接退出；分支二當(dāng)前邏輯狀態(tài)為"安全預(yù)令"，首先，將安全預(yù)令有效計時器加一；然后，判斷安全預(yù)令有效計時是否大于 10秒；如果判斷結(jié)果為"是"，則將邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為"未開傘"，然后退出；如 果判斷結(jié)果為"否"，則再判斷遙控指令的類型；最后，判斷遙控指令是否為"開傘"；如果判斷結(jié)果為"是"，則將邏輯狀態(tài) 轉(zhuǎn)換為"開傘"，并將發(fā)動機停車計時器清零，然后退出；如果判斷結(jié)果為"否"， 則直接退出；分支三當(dāng)前邏輯狀態(tài)為"開傘"，首先，將發(fā)動機停車計數(shù)器加一；然后，向發(fā)動機停車控制信號輸入三路高 電平信號；最后，判斷發(fā)動機停車計時是否大于4秒；如果判斷結(jié)果為"是"，則向開傘控制信號輸入三路高電平信號，然后退出；如果判斷結(jié)果為"否"，則直接退出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中小型無人機的傘降回收控制裝置及其控制方法，所述裝置包括兩個離散輸入三選二電路A、B、繼電器驅(qū)動電路A、B、繼電器A、B，各單元間經(jīng)印刷板走線連接，對發(fā)動機和爆炸螺栓的供電分別進行控制；所述方法規(guī)定了“未開傘”、“安全預(yù)令”、“開傘”三個邏輯狀態(tài)，對“安全預(yù)令有效時間”、“發(fā)動機停車時間”進行計時，邏輯狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由當(dāng)前測控指令、邏輯狀態(tài)和兩個計時值決定，并由此控制繼電器A、B。本發(fā)明的裝置可防止開傘控制信號受干擾引起意外開傘；所采用方法對發(fā)動機停車和開傘進行了綜合控制，減小了操縱人員誤操作而意外開傘和傘繩被螺旋槳纏繞、切割的可能性，從而保證了無人機傘降回收的安全可靠。
文檔編號B64D17/00GK101254825SQ20081010330
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者周尹強, 毅 孫, 飛 沙, 王宏倫, 王英勛 申請人:北京航空航天大學(xué)