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      基于增量權(quán)值的無(wú)人機(jī)舵量控制信息的融合方法

      文檔序號(hào):8360714閱讀:684來(lái)源:國(guó)知局
      基于增量權(quán)值的無(wú)人機(jī)舵量控制信息的融合方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)舵機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于增量權(quán)值的無(wú)人機(jī)舵量控制信息的融合方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]現(xiàn)有的無(wú)人飛機(jī)的舵機(jī)的舵量控制一般采用邏輯電路或微處理器,把采集的多路PWM波形的手控舵量信息與飛控單元產(chǎn)生的自控舵量信息進(jìn)行疊加處理(有的采用開關(guān)電位器進(jìn)行百分比取值),然后輸出多路舵量控制信息,控制無(wú)人機(jī)的橫滾、俯仰及航向等運(yùn)動(dòng)。信息更新周期在十毫秒級(jí),飛行控制響應(yīng)速度較慢;且手動(dòng)的舵量信息與自控的舵量信息相互獨(dú)立,飛行器的飛行控制的靈活性不足。
      [0003]目前無(wú)人機(jī)的舵機(jī)控制信息的采集,一般是采用邏輯電路或微處理器單元,采用CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件)的如2008年發(fā)明專利《小型無(wú)人飛行器舵機(jī)控制裝置》,專利號(hào)CN200810032398.1。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
      [0004]該專利的電路機(jī)構(gòu)是單片機(jī)I與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD8相連,單片機(jī)I采用串行外圍設(shè)備接口 SPI或通用異步收發(fā)器UART連接上位機(jī),CPLD與接收機(jī)相連,從接收機(jī)5得到的舵機(jī)遙控信號(hào)13和從單片機(jī)運(yùn)算得出的舵機(jī)6自動(dòng)控制信號(hào)10,經(jīng)過(guò)CPLD內(nèi)部的電子開關(guān)選擇后,輸出舵機(jī)控制信號(hào),經(jīng)過(guò)低通濾波器后接入舵機(jī)中。這樣實(shí)現(xiàn)的舵機(jī)控制,要么由單片機(jī)自動(dòng)控制,要么由遙控接收機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制,不能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)的聯(lián)動(dòng)操作,特別在飛行測(cè)試中極不方便。
      [0005]另外有些飛控系統(tǒng),把遙控手控舵量信號(hào)與自控舵量信號(hào)進(jìn)行百分比疊加,然后經(jīng)過(guò)低通濾波器后,接入舵機(jī)中,兩者控制量的百分比取值通過(guò)遙控器上的電位器的位置來(lái)確定,由于飛控單元得出的自控舵量更新速度快,當(dāng)其控制量較大時(shí),往往造成手動(dòng)舵量遙控遲鈍,只能靠不時(shí)的變動(dòng)電位器的位置來(lái)變動(dòng)控制量的百分比來(lái)實(shí)現(xiàn)手控操作,這樣飛行調(diào)試控制起來(lái),極不方便。
      [0006]此外,采用單片機(jī)控制系統(tǒng),信息控制采用程序循環(huán)實(shí)現(xiàn),其信息更新周期在十毫秒級(jí),信號(hào)響應(yīng)速度較慢。
      [0007]其中,F(xiàn)PGA,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列Field Progammable Gate Array,可以采用硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)專用的功能電路模塊,通過(guò)邏輯單元搭建成硬件模塊,響應(yīng)頻率高。
      [0008]舵機(jī):無(wú)人飛機(jī)上控制橫滾、俯仰及航向的控制電動(dòng)機(jī)。
      [0009]舵量:對(duì)無(wú)人飛機(jī)上舵機(jī)的控制量,可由遙控器發(fā)出手動(dòng)控制量,也可由飛控單元發(fā)出的自動(dòng)控制量。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題,在于提供一種基于增量權(quán)值的無(wú)人機(jī)舵量控制信息的融合方法,能實(shí)時(shí)地更新各自的控制舵量,且時(shí)間周期提高到了微秒級(jí),極大地提高響應(yīng)速度,從而提高無(wú)人飛機(jī)的機(jī)動(dòng)飛行性能。
      [0011]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種基于增量權(quán)值的無(wú)人機(jī)舵量控制信息的融合方法,所述方法需提供FPGA模塊、該FPGA模塊中包括舵量控制信息融合處理電路;該舵量控制信息融合處理電路將無(wú)人機(jī)的飛控單元產(chǎn)生的自控舵量增量值和遙控接收機(jī)采集的手控舵量增量值進(jìn)行相關(guān)聯(lián);所述方法具體為:定義一個(gè)與手控舵量的變化量及與自控舵量的變化量Ac相關(guān)的增量權(quán)值σ,利用舵量控制信息融合處理電路和增量權(quán)值σ決定手控舵量與自控舵量在總輸出舵量的百分比值,達(dá)到手控舵量和自控舵量任一舵量發(fā)生變化時(shí),均能使增量較大的控制舵量能實(shí)時(shí)地反映在輸出舵量上,達(dá)到實(shí)時(shí)控制舵機(jī)的目的。
      [0012]進(jìn)一步的,所述融合方法是基于高頻的時(shí)鐘脈沖周期,把采集并經(jīng)過(guò)濾波處理的多路遙控手控舵量信息,與飛控單元得出的自控舵量信息,進(jìn)行權(quán)值累加和融合處理。
      [0013]進(jìn)一步的,當(dāng)有手控舵量時(shí),手控信號(hào)就有增量值產(chǎn)生,從而增量權(quán)值σ作用明顯,舵機(jī)就優(yōu)先響應(yīng)手控舵量信號(hào);而當(dāng)手控舵量很小或者沒(méi)有時(shí),其增量權(quán)值很小,舵機(jī)就優(yōu)先響應(yīng)自控舵量信號(hào),確保無(wú)人機(jī)自控飛行,從而確保手控舵量信號(hào)與自控舵量信號(hào)均能得到實(shí)時(shí)的響應(yīng)控制。
      [0014]進(jìn)一步的,舵量控制信息融合處理電路具體為:定義一增量權(quán)值σ,計(jì)算公式為:
      [0015]σ = Ac/ (A c+ Ar).........(I)
      [0016]式(I)中,
      [0017]Ac = abs (Control_now-Control_last).........(2)
      [0018]即,舵機(jī)的當(dāng)前自控舵量Control_now與上一次得到的自控舵量Control_last之差的絕對(duì)值,
      [0019]Δ r = abs (Remote_now_Remote_last).........(3)
      [0020]即,舵機(jī)的當(dāng)前手控舵量Remote_now與上一次得到的手控舵量Remote_last之差的絕對(duì)值,并且規(guī)定當(dāng)Ac = O且Ar = O時(shí),σ = I ;
      [0021]融合輸出的舵機(jī)總控制舵量為:
      [0022]Output = σ *Control_now+(1-σ ) *Remote_now.........(4)
      [0023]式(4)中,輸出的舵機(jī)總控制舵量Output融合了當(dāng)前的自控舵量值和手控舵量值,并根據(jù)各自的變化量程度,確定出各自的影響權(quán)重,使得增量較大的控制舵量能及時(shí)地反映到輸出的總控制舵量中去,實(shí)現(xiàn)較為權(quán)重的控制。
      [0024]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明基于把對(duì)舵機(jī)舵量的控制值,與手控舵量及自控舵量的變化量關(guān)聯(lián)起來(lái),使得當(dāng)任一控制舵量發(fā)生變化時(shí),其增量權(quán)值自主地根據(jù)增量較大的得到優(yōu)先響應(yīng)。這樣當(dāng)有手控舵量時(shí),手控信號(hào)就有增量值產(chǎn)生,從而其增量權(quán)值作用明顯,舵機(jī)就優(yōu)先響應(yīng)手控舵量信號(hào);而當(dāng)手控舵量很小或者沒(méi)有(不手控打舵)時(shí),其增量權(quán)值很小,這是舵機(jī)優(yōu)先響應(yīng)自控舵量,確保無(wú)人機(jī)自控飛行,這樣確保了手動(dòng)信息與自動(dòng)信息均能得到實(shí)時(shí)的響應(yīng)控制。
      [0025]現(xiàn)有的技術(shù)采用硬件邏輯電路及微處理器的方法處理舵機(jī)的遙控信號(hào),處理響應(yīng)周期在十毫秒級(jí),一般是10?20毫秒更新一次,信號(hào)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。本發(fā)明采用FPGA中的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行循環(huán)操作,響應(yīng)頻率達(dá)到100兆赫以上,能達(dá)到微秒級(jí)的響應(yīng)周期,因此大大提高舵機(jī)的反應(yīng)速度。
      【附圖說(shuō)明】
      [0026]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的小型無(wú)人飛行器舵機(jī)控制裝置框圖。
      [0027]圖2為基于FPGA的無(wú)人機(jī)舵機(jī)信息的融合控制的原理框圖。
      [0028]圖3為基于FPGA的無(wú)人機(jī)舵機(jī)信息的舵量控制信息融合處理電路的結(jié)構(gòu)框圖。
      [0029]圖4為基于FPGA的無(wú)人機(jī)舵機(jī)信息的無(wú)人機(jī)手控與自控舵量值的融合處理流程示意圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0030]請(qǐng)參閱圖1至圖4所示,一種基于增量權(quán)值的無(wú)人機(jī)舵量控制信息的融合方法,所述方法需提供FPGA模塊、該FPGA模塊中包括舵量控制信息融合處理電路;該舵量控制信息融合處理電路將無(wú)人機(jī)的飛控單元產(chǎn)生的自控舵量增量值和遙控接收機(jī)采集的手控舵量增量值進(jìn)行相關(guān)聯(lián);所述方法具體為:定義一個(gè)與手控舵量的變化量及與自控舵量的變化量Ac相關(guān)的增量權(quán)值σ,利用舵量控制信息融合處理電路和增量權(quán)值σ決定手控舵量與自控舵量在總輸出舵量的百分比值,達(dá)到手控舵量和自控舵量任一舵量發(fā)生變化時(shí),均能使增量較大的控制舵量能實(shí)時(shí)地反映在輸出舵量上,達(dá)到實(shí)時(shí)控制舵機(jī)的目的。本發(fā)明基于100兆赫的時(shí)鐘周期,實(shí)時(shí)地融合手控與自控舵量值,就可以在微秒周期循環(huán)中實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的手控與自動(dòng)的同時(shí)控制。
      [0031]其中,所述融合方法是基于高頻的時(shí)鐘脈沖周期,把采集并經(jīng)過(guò)濾波處理的多路遙控手控舵量信息,與飛控單元得出的自控舵量信息,進(jìn)行權(quán)值累加和融合處理。
      [0032]當(dāng)有手控舵量時(shí),手控信號(hào)就有增量值產(chǎn)生從而增量權(quán)值σ作用明顯,舵機(jī)就優(yōu)先響應(yīng)手控舵量信號(hào);而當(dāng)手控舵量很小或者沒(méi)有時(shí),
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