專利名稱：遙控旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)的電動(dòng)機(jī)的同步控制方法
遙控旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)的電動(dòng)機(jī)的同步控制方法本發(fā)明涉及一種對(duì)多個(gè)電動(dòng)機(jī)的同步控制方法，用于遙控的旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)， 例如四旋翼直升機(jī)。在此使用的術(shù)語(yǔ)“旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)”是指任何已知的具有多個(gè)電動(dòng)機(jī)的直升機(jī)配置，并且特別是雙旋翼縱列式或“香蕉”配置，具有對(duì)轉(zhuǎn)共軸式旋翼的kamof配置，并且最特別的是四旋翼直升機(jī)或四旋翼配置，其具有四個(gè)固定間距的共面的旋翼，這四個(gè)旋翼具有各自的電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)通過(guò)所包含的導(dǎo)航和姿態(tài)控制系統(tǒng)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。這種無(wú)人駕駛飛機(jī)的典型示例是來(lái)自法國(guó)巴黎鸚鵡公司(Parrot SA)的AR無(wú)人駕駛飛機(jī)，其是裝有一系列傳感器(三個(gè)軸上的加速度計(jì)和陀螺儀，高度計(jì)，垂直瞄準(zhǔn)相機(jī))以及用于基于W02009/109711(鸚鵡公司)中描述的在原理自動(dòng)地穩(wěn)定懸停飛行的系統(tǒng)的四旋翼直升機(jī)。該無(wú)人駕駛飛機(jī)還具有前向的相機(jī)，用于收集無(wú)人駕駛飛機(jī)飛行場(chǎng)景的圖像。在這種四旋翼直升機(jī)型無(wú)人駕駛飛機(jī)中，旋翼是由四個(gè)推進(jìn)單元構(gòu)成，每個(gè)推進(jìn)單元都包括經(jīng)由一系統(tǒng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳，該系統(tǒng)用于減低通常電動(dòng)機(jī)的超高速旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)推進(jìn)單元中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)由它自己的微控制器控制，該微控制器又由所有推進(jìn)單元共用的單個(gè)中央控制器根據(jù)飛行參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)?？梢岳斫?，具有多個(gè)推進(jìn)單元的無(wú)人駕駛飛機(jī)的飛行性能很大程度依賴于微控制器自身受中央控制器驅(qū)動(dòng)的精確性，這些微控制器控制推進(jìn)單元的電動(dòng)機(jī)。中央控制器負(fù)責(zé)將由使用者設(shè)定的飛行動(dòng)作轉(zhuǎn)換成為用于施加到電動(dòng)機(jī)的微控制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的術(shù)語(yǔ)。此外，使施加于電動(dòng)機(jī)的命令完美同步地執(zhí)行是必須的，由于給予微控制器合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)還不夠，那些信號(hào)還必須要同步到達(dá)微控制器，假設(shè)那些信號(hào)之間最小的時(shí)間差都可能導(dǎo)致無(wú)人駕駛飛機(jī)性能的不穩(wěn)定性。—種已知的四旋翼直升機(jī)型無(wú)人駕駛飛機(jī)的控制方法使用脈寬調(diào)制(PWM)，其包括調(diào)整用于向電動(dòng)機(jī)的微控制器發(fā)送相應(yīng)設(shè)定點(diǎn)的脈沖的寬度。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以用于各種類型的電動(dòng)機(jī)，例如有或者沒(méi)有電刷的電動(dòng)機(jī)。盡管如此，并不能保證電動(dòng)機(jī)的控制在他們之間是準(zhǔn)確地同步的。因此，本發(fā)明的目的是提出一種對(duì)多個(gè)電動(dòng)機(jī)的同步控制方法，每個(gè)電動(dòng)機(jī)由微控制器控制，并且整套微控制器由中央控制器驅(qū)動(dòng)，該方法使得在所有情況下，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)所施加命令的完美同步成為可能。根據(jù)本發(fā)明，該目標(biāo)通過(guò)方法實(shí)現(xiàn)，該方法包括-預(yù)備步驟，至少包括在中央控制器和每一個(gè)微控制器之間經(jīng)由線路建立異步串行通信鏈路，并且給每個(gè)微控制器分配地址參數(shù)；并且-在運(yùn)轉(zhuǎn)中，至少一種控制步驟適當(dāng)?shù)陌?對(duì)于中央控制器，在每個(gè)鏈路線路上同時(shí)發(fā)送消息，該消息包括至少一個(gè)指令， 該至少一個(gè)指令由將執(zhí)行所述指令的目的地微控制器的地址參數(shù)所指定；并且-對(duì)于每個(gè)目的地微控制器，從所述消息提取針對(duì)該目的地微控制器的指令，并且執(zhí)行它。
因此，對(duì)于四旋翼直升機(jī)型無(wú)人駕駛飛機(jī)，例如，當(dāng)中央控制器需要發(fā)送與相關(guān)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)有關(guān)的指令到四個(gè)微控制器中的每一個(gè)時(shí)，它準(zhǔn)備包括了分別分配給相應(yīng)微控制器的地址參數(shù)的四個(gè)指令的單個(gè)消息，并且它同時(shí)發(fā)送消息到四個(gè)異步串行通信線路上的所有四個(gè)微控制器。在接收上，每個(gè)微控制器同時(shí)動(dòng)作，以使用地址參數(shù)從該消息提取對(duì)于該微控制器的指令，并且相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電動(dòng)機(jī)。這樣，對(duì)所有四個(gè)電動(dòng)機(jī)的控制是嚴(yán)格同步的。舉例來(lái)說(shuō)，所述指示是用于應(yīng)用到每個(gè)電動(dòng)機(jī)的速度設(shè)定值。這自然是非常重要的指令，因?yàn)樗鼪Q定無(wú)人駕駛飛機(jī)如何飛行。與該速度指令有關(guān)的消息是以幾毫秒的周期傳送的。此外，本發(fā)明還規(guī)定所述指令是用于控制與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)系的設(shè)備的命令。這種規(guī)定所顯示出的優(yōu)點(diǎn)是，所討論的設(shè)備無(wú)需借助在中央控制器與微控制器之間的另外的連接電纜來(lái)驅(qū)動(dòng)，該中央控制器放置在無(wú)人駕駛飛機(jī)的主結(jié)構(gòu)中，而微控制器與相關(guān)的電動(dòng)機(jī)一起位于從主結(jié)構(gòu)伸出的四個(gè)臂的末端。這避免了不必要地使無(wú)人駕駛飛機(jī)的臂變重。在所設(shè)想的各種設(shè)備中間，提醒裝置可以用不同顏色的發(fā)光二極管(LED)制造， 這些LED可以由中央控制器驅(qū)動(dòng)。為了使信息能從微控制器返回到中央控制器，本發(fā)明規(guī)定所述指令是對(duì)與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。例如，如果中央控制器設(shè)法發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度，它可能使用異步串聯(lián)鏈路線路來(lái)發(fā)送消息，該消息包括指定與所討論的電動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的微控制器的地址參數(shù)的速度請(qǐng)求指令。在接收上，只有目的地微控制器通過(guò)經(jīng)由通信線路傳遞所請(qǐng)求的速度來(lái)發(fā)送對(duì)該請(qǐng)求的響應(yīng)消息。其他微控制器忽視該請(qǐng)求消息，因?yàn)樗麄冏约旱牡刂穮?shù)并不指定在該請(qǐng)求中。根據(jù)本發(fā)明，預(yù)備步驟還包括在每個(gè)連接線路上插入抑制模塊，用于抑制所述線路上的通信，所述抑制模塊由中央控制器控制。在中央控制器和微控制器之間的該特殊通信模式使得在必要時(shí)一次只對(duì)一個(gè)微控制器尋址成為可能。當(dāng)微控制器還沒(méi)有具有相應(yīng)的地址參數(shù)時(shí)，這種情況特別是在程序初始化期間發(fā)生。在這種情況下，在預(yù)備步驟期間，控制器通過(guò)使用抑制模塊發(fā)送地址分配消息到每個(gè)微控制器，該消息包括相應(yīng)的地址參數(shù)，以向微控制器分配地址參數(shù)。相似地，本發(fā)明有利地提出預(yù)備步驟還應(yīng)該包括使用抑制模塊在中央控制器和至少一個(gè)微控制器之間連續(xù)地建立協(xié)議，該協(xié)議用于重新初始化所述微控制器的固件存儲(chǔ)
ο因此，以選擇方式更新包括在每個(gè)存儲(chǔ)器中的固件成為可能，以便保證所有微控制器包括相同的固件版本。為此，本發(fā)明的方法還包括至少一個(gè)請(qǐng)求步驟，用于請(qǐng)求至少涉及每個(gè)微控制器的固件存儲(chǔ)器和/或相關(guān)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)。特別地，所述數(shù)據(jù)是固件的版本號(hào)。通常，請(qǐng)求步驟由中央控制器使用抑制模塊發(fā)送請(qǐng)求消息到至少一個(gè)微控制器來(lái)執(zhí)行，該消息指定所述數(shù)據(jù)，并且中央控制器在發(fā)送新消息之前等待來(lái)自所述微控制器的響應(yīng)。
最后，本發(fā)明提供特殊的所謂的“切斷”過(guò)程，應(yīng)用于至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)不能按照接收的指令實(shí)現(xiàn)功能時(shí)，特別是速度指令，例如，因?yàn)橛捎谖锲防p在由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳上，電動(dòng)機(jī)剛突然地停止。在引擎故障的情況下，這種切斷過(guò)程包括相關(guān)的微控制器發(fā)送緊急消息到中央控制器。在接收緊急消息之后，中央控制器發(fā)送消息到微控制器，所述消息包括用于施加至電動(dòng)機(jī)的零設(shè)定點(diǎn)速度指令。實(shí)際上，電動(dòng)機(jī)的故障從電動(dòng)機(jī)速度的導(dǎo)數(shù)值檢測(cè)，假定導(dǎo)數(shù)值的急劇改變表示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行有異常。下面是參考附圖對(duì)本發(fā)明設(shè)備的實(shí)施例的描述，其中從一個(gè)圖到另一個(gè)圖采用相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似功能的元件。

圖1是在四旋翼直升機(jī)類型的無(wú)人駕駛飛機(jī)的中央控制器和四個(gè)微控制器之間的異步串聯(lián)鏈路的圖。圖2是圖1中微控制器的一個(gè)微控制器的固件存儲(chǔ)器的圖。圖3是示出了圖2的固件的重新初始化的流程圖。下面說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。圖1示出了在中央控制器10和四個(gè)微控制器21、22、23和M之間的異步串聯(lián)鏈路。這種通信系統(tǒng)特別地用于提供形成四旋翼直升機(jī)型旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)的四個(gè)推進(jìn)單元部分的四個(gè)電動(dòng)機(jī)(沒(méi)有在圖1中示出)的同步控制。更精確地，每個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)相應(yīng)的一個(gè)微控制器21、22、23和M控制，并且整套微控制器由中央控制器10根據(jù)用于飛行無(wú)人駕駛飛機(jī)的軟件所施加的飛行參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)。在中央控制器10和每個(gè)微控制器21、22、23和M之間的消息的接收RX和發(fā)送TX 是經(jīng)由單個(gè)相應(yīng)的通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)(UART)通信線路11、12、13和14多路復(fù)用的。 如圖1所示，二極管D、D1、D2, D3、或D4放置在主控制器10和每個(gè)微控制器21、22、23和24 的接收終端RX和發(fā)送終端TX之間，以避免在發(fā)送終端TX上接收電信號(hào)。此外，圖1中能夠看出相應(yīng)的抑制模塊31、32、33和34被放置在每個(gè)通信線路11、 12、13和14處。抑制模塊由中央控制器10通過(guò)相應(yīng)的輸出控制_1、控制_2、控制_3和控制_4控制，以便任意地經(jīng)由UART線路建立或中斷通信。舉例來(lái)說(shuō)，抑制模塊31、32、33和 34可以由作為開(kāi)關(guān)操作的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)構(gòu)成。按照一種方法同步地控制無(wú)人駕駛飛機(jī)的四個(gè)電動(dòng)機(jī)，該方法包括在使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行之前的預(yù)備的第一步驟，且包括分配地址參數(shù)到每個(gè)相關(guān)的電動(dòng)機(jī)一微控制器對(duì)。通過(guò)中央控制器10接連地發(fā)送歸屬消息到每個(gè)微控制器，同時(shí)適當(dāng)?shù)乜刂埔种颇K31、32、33和34，來(lái)執(zhí)行上述操作，歸屬消息被編碼在一個(gè)字節(jié)上，例如包括編碼在三個(gè)比特(‘ObOOO’)上的首部和隨后的編碼在五個(gè)比特上的地址參數(shù)，該首部給出消息相關(guān)指令，特定地分配地址參數(shù)(SET_ADDRESS)。然后目的地微控制器從該消息中讀取分配到它的地址參數(shù)，并在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存該參數(shù)。仍然是在預(yù)備階段，可能更優(yōu)選特別是在系統(tǒng)已經(jīng)復(fù)位之后或當(dāng)電動(dòng)機(jī)接通時(shí)獲得每個(gè)微控制器的固件的當(dāng)前版本，并且確保微控制器確實(shí)都安裝了相同版本的固件。
為此，中央控制器10發(fā)送消息到每個(gè)微控制器，同時(shí)適當(dāng)?shù)乜刂埔种颇K31、32、 33和34，該消息包括請(qǐng)求微控制器固件存儲(chǔ)器的版本的請(qǐng)求。編碼在一個(gè)字節(jié)上的該請(qǐng)求消息包括例如編碼在三個(gè)比特(‘ObOlO’)上的首部和隨后的五個(gè)填充比特，該首部指定固件版本請(qǐng)求指令(GET_VERSI0N)。接收該消息的微控制器然后通過(guò)通信線路將被請(qǐng)求的它的固件存儲(chǔ)器的版本返回。作為一般規(guī)則，當(dāng)中央控制器10發(fā)送需要響應(yīng)的消息時(shí)，例如請(qǐng)求消息，在發(fā)送新消息之前它等待響應(yīng)。任何消息的沖突都會(huì)帶來(lái)使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入未確定的狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)。自然地，可以請(qǐng)求其它數(shù)據(jù)，特別地是與電動(dòng)機(jī)本身有關(guān)的數(shù)據(jù)，例如供應(yīng)商、它的參考號(hào)、生產(chǎn)批號(hào)等。如果發(fā)現(xiàn)固件版本需要由更新的版本替代，則中央控制器10著手于與所討論的微控制器的固件重新初始化過(guò)程。重要的是要注意到，該重新初始化過(guò)程也可在復(fù)位后或當(dāng)無(wú)人駕駛飛機(jī)啟動(dòng)時(shí)由中央控制器實(shí)施于每個(gè)微控制器21、22、23和24。這樣，保證所有的微控制器確實(shí)具有同樣版本的固件。為了重新初始化固件存儲(chǔ)器，中央控制器10通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂埔种颇K31、32、33 和34來(lái)發(fā)送重新初始化的消息到有關(guān)的單個(gè)微控制器，該重新初始化消息編碼在一個(gè)字節(jié)上，例如具有被編碼在三個(gè)比特(‘Oblll’ )上的重新初始化指令(FLASH_M0DE)的首部和隨后的五比特字(iObOOOOO')。如圖1所示，重新初始化消息被接收在引導(dǎo)加載器區(qū)201中的固件存儲(chǔ)器200中， 引導(dǎo)加載器區(qū)201是寫保護(hù)的，而且使儲(chǔ)存在可重寫區(qū)202中的固件能通過(guò)快閃存儲(chǔ)過(guò)程更新。在中央控制器10和一個(gè)微控制器(在此為微控制器21)之間的重新初始化過(guò)程然后根據(jù)圖3進(jìn)行。中央控制器10通過(guò)啟動(dòng)它的輸出控制_1，并且使用抑制模塊32、33和34抑制它的輸出控制_2、控制_3和控制_4來(lái)與微控制器21建立通信，并且然后它發(fā)送指令‘OxEO’ 用于將固件存儲(chǔ)器200切換成儲(chǔ)存/啟動(dòng)模式。在缺少任何響應(yīng)的情況下，可以推論串行鏈路或存儲(chǔ)器存在故障。當(dāng)卡的固件已經(jīng)啟動(dòng)時(shí)，即除了在復(fù)位或啟動(dòng)期間，微控制器21 通過(guò)拒絕消息‘0x00’否定地響應(yīng)。否則，通過(guò)返回接受消息‘0x50’，卡表示它準(zhǔn)備接收來(lái)自中央控制器10的指令。如果無(wú)須更新固件存儲(chǔ)器200中的固件，則通過(guò)發(fā)送指令“OxAl”，過(guò)程直接轉(zhuǎn)移到啟動(dòng)狀態(tài)，其中卡200通過(guò)認(rèn)可‘0χΑ0’對(duì)該指令作出響應(yīng)。如果固件需要更新，則中央控制器10在環(huán)路中發(fā)送η個(gè)連續(xù)的64字節(jié)的頁(yè)，每頁(yè)伴有儲(chǔ)存指令‘0x71’。在接收每頁(yè)時(shí)，固件存儲(chǔ)器200必須通過(guò)認(rèn)可‘0x70’響應(yīng)，否則，就認(rèn)為存在存儲(chǔ)錯(cuò)誤并且中斷重新初始化過(guò)程。一旦更新終止，中央控制器就發(fā)送指令‘0x91’，請(qǐng)求發(fā)送用于每個(gè)儲(chǔ)存頁(yè)的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)編碼。然后固件存儲(chǔ)器200提供這些編碼，并且只要它們相符，就發(fā)送啟動(dòng)指令‘OxAl，，隨后返回認(rèn)可‘ΟχΑΟ，。為了啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，要滿足的是向他們發(fā)送速度設(shè)定點(diǎn)值，例如，該設(shè)定點(diǎn)值大于最大值‘511’的20%，即用于在九個(gè)比特上編碼的速度‘103’。當(dāng)超過(guò)幾十毫秒(ms)，例如50毫秒，仍無(wú)設(shè)定點(diǎn)值被發(fā)送時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。在無(wú)人駕駛飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)操作中，只要向微控制器傳送由中央控制器根據(jù)無(wú)人駕駛飛機(jī)的導(dǎo)航軟件建立的驅(qū)動(dòng)指令，就自然地使中央控制器10向微控制器21、22、23和M發(fā)送控制消息。頭等重要的驅(qū)動(dòng)指令涉及每個(gè)電動(dòng)機(jī)的速度。對(duì)于這類指令，中央控制器10經(jīng)由每個(gè)通信線路11、12、13和14同時(shí)發(fā)送被編碼在五個(gè)字節(jié)上的消息，該消息包括編碼電動(dòng)機(jī)速度驅(qū)動(dòng)指令(SET_VAIUE)的首部，其被編碼在三個(gè)比特(‘ObOOl’)上；隨后是均被編碼在九個(gè)比特上的四個(gè)速度設(shè)定點(diǎn)值，每個(gè)設(shè)定點(diǎn)值根據(jù)之前分配的地址參數(shù)與相應(yīng)的一個(gè)電動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)；以及填充比特。四個(gè)微控制器21、22、23和對(duì)同時(shí)接收速度控制消息，并且他們的每一個(gè)從消息中提取與此相關(guān)的設(shè)定點(diǎn)值，并且將其應(yīng)用到相關(guān)的電動(dòng)機(jī)上。如上述強(qiáng)調(diào)的，這些控制方法顯示出的優(yōu)點(diǎn)是保證四個(gè)電動(dòng)機(jī)的控制是完美同步的，該條件對(duì)確保無(wú)人駕駛飛機(jī)的好的飛行穩(wěn)定性是必要的。反之，中央控制器10可以詢問(wèn)每個(gè)微控制器21、22、23和M關(guān)于相關(guān)聯(lián)電動(dòng)機(jī)的速度。為此，它經(jīng)由每個(gè)通信線路11、12、13和14同時(shí)發(fā)送電動(dòng)機(jī)速度請(qǐng)求消息。編碼在一個(gè)字節(jié)上的該請(qǐng)求消息例如包括在三個(gè)比特(‘OblOO’)上的電動(dòng)機(jī)速度請(qǐng)求指令(GET_ SPEED)首部，以及隨后的用于所討論的微控制器的地址參數(shù)的五個(gè)比特。然后中央控制器 10使它自身進(jìn)入等待對(duì)已傳送的請(qǐng)求的響應(yīng)的位置。在接收上，只有在消息中通過(guò)它的地址參數(shù)標(biāo)識(shí)的微控制器才通過(guò)通信線路返回所請(qǐng)求的相關(guān)聯(lián)電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度值。驅(qū)動(dòng)指令可以涉及不同于無(wú)人駕駛飛機(jī)的電動(dòng)機(jī)以外的設(shè)備，例如它們可以涉及位于每個(gè)電動(dòng)機(jī)附近的LEDs。在這種情況下，中央控制器10同時(shí)經(jīng)由每個(gè)通信線路11、12、13和14發(fā)送消息， 該消息被編碼在兩個(gè)字節(jié)上，該消息包括例如在三個(gè)比特(‘ObOll’ )上對(duì)紅色和綠色 LED驅(qū)動(dòng)指令(SET_LED)編碼的首部；隨后是四次兩個(gè)比特，每個(gè)兩比特對(duì)應(yīng)于通過(guò)其地址參數(shù)標(biāo)識(shí)的每個(gè)微控制器的紅色二極管和綠色二極管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；以及四個(gè)填充比特。這種過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是它避免沿著連接中央控制器至電動(dòng)機(jī)的臂安裝另外的控制電纜。這導(dǎo)致無(wú)人駕駛飛機(jī)重量減輕。與對(duì)于SET_VALUE指令相同的方式，四個(gè)微控制器21、22、23和M同時(shí)接收二極管控制消息，并從該消息提取應(yīng)用于相關(guān)聯(lián)的紅色和綠色二極管的每一個(gè)設(shè)定點(diǎn)值(比特 =1 :LED 開(kāi)，比特=0 :LED 關(guān))。最后，對(duì)于無(wú)人駕駛飛機(jī)的安全性非常重要的功能與“切斷”過(guò)程有關(guān)，當(dāng)一或多個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行發(fā)生異常，特別是由于任何種類的意外電動(dòng)機(jī)突然停止，例如物品纏繞螺旋槳時(shí)，“切斷”過(guò)程應(yīng)該執(zhí)行。每個(gè)微控制器21、22、23和M連續(xù)地測(cè)量相關(guān)電動(dòng)機(jī)的速度或它的導(dǎo)數(shù)，并且如果測(cè)量速度值不再按照設(shè)定點(diǎn)值或如果速度的導(dǎo)數(shù)太大，則它診斷為電動(dòng)機(jī)的故障。在這種情況下，相應(yīng)的微控制器監(jiān)聽(tīng)通信線路，并且一旦通信線路不活動(dòng)，則發(fā)送緊急消息到中央控制器10。這種消息重復(fù)若干次，由此即使中央控制器正在傳送控制消息，所發(fā)送的緊急消息的數(shù)量也超過(guò)控制消息的長(zhǎng)度。
在接收緊急消息之后，中央控制器10決定停止所有電動(dòng)機(jī)，以避免任何不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，并且因此它使用SET_VALUE指令來(lái)發(fā)送具有零值的速度設(shè)定點(diǎn)到微控制器。術(shù)語(yǔ)“零值”用來(lái)表示的確是零或至少小于上述定義的最大值‘511’的20%，S卩‘103’，的值。這種“切斷”的一種不同的實(shí)現(xiàn)方式包括為每個(gè)電動(dòng)機(jī)提供與相應(yīng)專用線路11、 12、13、14分離的另外的相應(yīng)專用線路41、42、43、44，并將每個(gè)微控制器21、22、23和24的專用輸出CC連接到在中央控制器旁邊的邏輯電路50 (和控制器10分離的硬件電路)，該邏輯電路適用于在如任何一個(gè)線路41、42、43或44達(dá)到高態(tài)所表示的檢測(cè)到故障的情況下啟動(dòng)抑制模塊31、32、33和34。抑制模塊的激活防止任何速度設(shè)定點(diǎn)被傳送到電動(dòng)機(jī)，并且如上述表示的，電動(dòng)機(jī)因此在幾十毫秒之后自動(dòng)停止，因?yàn)樗鼈儧](méi)有接收到速度設(shè)定點(diǎn)。然后，由于全部四個(gè)電動(dòng)機(jī)幾乎同時(shí)停止，無(wú)人駕駛飛機(jī)將垂直地落下而沒(méi)有旋轉(zhuǎn)。通常，以上描述的經(jīng)由單個(gè)串行鏈路利用數(shù)字設(shè)定點(diǎn)的解決方案尤其在與以使用 PWM命令的常規(guī)方式相比較時(shí)呈現(xiàn)許多優(yōu)點(diǎn)。具體如下-由于全部四個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)接收它們的伺服控制設(shè)定點(diǎn)，所以發(fā)送到每個(gè)電動(dòng)機(jī)的設(shè)定點(diǎn)的同步非常好；-以數(shù)字形式經(jīng)由串行鏈路發(fā)送的設(shè)定點(diǎn)不會(huì)受到來(lái)自與脈沖寬度的模擬測(cè)量相關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤影響，該錯(cuò)誤可以發(fā)生在以PWM的形式發(fā)送設(shè)定點(diǎn)時(shí)；-該數(shù)字鏈路可以用于驅(qū)動(dòng)與電動(dòng)機(jī)的微控制器相關(guān)聯(lián)的其它部件(例如LED)；-該鏈路是雙向的，其使從電動(dòng)機(jī)的微控制器接收信息成為可能，例如可接收錯(cuò)誤信息以執(zhí)行切斷；并且-通過(guò)詢問(wèn)系統(tǒng)關(guān)于它的固件版本，并且在必要時(shí)，通過(guò)經(jīng)由同一鏈路發(fā)送固件的新版本，以上兩個(gè)特性可以用來(lái)更新電動(dòng)機(jī)的微控制器的軟件。最后，并且最重要的，經(jīng)由串行鏈路發(fā)送的數(shù)字信息使較高水平的設(shè)定點(diǎn)能被發(fā)送，特別是明確的與電動(dòng)機(jī)速度有關(guān)的設(shè)定點(diǎn)，而不是確定電壓的PWM設(shè)定點(diǎn)。與電壓控制相比，速度控制在以下范圍內(nèi)具有非常大的優(yōu)點(diǎn)-它使對(duì)生產(chǎn)過(guò)程固有的電動(dòng)機(jī)性能的差異的管理成為可能發(fā)現(xiàn)在一批電動(dòng)機(jī)中有士 10%的效率差異是常見(jiàn)的，所以速度控制在不管效率差差的情況下利用同一設(shè)定點(diǎn)使來(lái)自一批的所有電動(dòng)機(jī)獲得相同的螺旋槳速度成為可能；因此速度控制使得能安裝顯示完全不同的性能水平的電動(dòng)機(jī)，包括來(lái)自不同制造商的電動(dòng)機(jī)；-它還使得考慮電動(dòng)機(jī)單元的效率中的其它差別成為可能，特別是由于齒輪摩擦和軸裝配引起的機(jī)械上的改變，該改變通過(guò)使用速度控制被不常，當(dāng)使用電壓控制時(shí)不是這種情況；-速度控制還顯示出保存設(shè)定點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，即使當(dāng)車用電池短缺時(shí)，設(shè)定點(diǎn)能保持完全相同；當(dāng)使用PWM控制以通過(guò)短缺的電池電壓確定電壓時(shí)，電池所傳遞的電流也變得較低，所以電壓控制需要被增加以便傳遞相同的能量；而速度控制克服這種問(wèn)題；并且-通常，通過(guò)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的線性控制，速度控制用來(lái)改善在整個(gè)電動(dòng)機(jī)控制范圍中的運(yùn)行。盡管如此，使用速度控制代替電壓控制會(huì)產(chǎn)生缺點(diǎn)。對(duì)于速度設(shè)定點(diǎn)，控制范圍的上限，即引擎可以到達(dá)的最大速度，不是已知先驗(yàn)的。最大速度與許多參數(shù)相聯(lián)，例如電池的放電狀態(tài)、每個(gè)電動(dòng)機(jī)專有的效率、機(jī)械摩擦等。相反，當(dāng)使用電壓設(shè)定點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，上限是已知的在給定的瞬間，請(qǐng)求微控制器以來(lái)自電池的最大電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，由此自然到達(dá)它的控制范圍的上限。利用速度設(shè)定點(diǎn)，實(shí)際上可能定義"最壞情況"上限，這對(duì)應(yīng)于由幾乎耗盡的電池供電的低效電動(dòng)機(jī)所到達(dá)的速度。然而該方法不能使系統(tǒng)在它的最高功率下運(yùn)行。不幸的是，無(wú)人駕駛飛機(jī)領(lǐng)航運(yùn)算法則需要知道電動(dòng)機(jī)控制范圍的上限，特別是為了確定在電動(dòng)機(jī)將飽和的條件，以避免超過(guò)相應(yīng)的設(shè)定點(diǎn)值。也必須知道每個(gè)電動(dòng)機(jī)的極限，以便最好地使用飛行包線，例如當(dāng)無(wú)人駕駛飛機(jī)迅速地下降，并且希望提供最大能量給電動(dòng)機(jī)以便停止它的下降時(shí)。在本發(fā)明的改進(jìn)中，保存速度控制成為可能，同時(shí)減輕不具有對(duì)控制范圍上限的先驗(yàn)了解的缺點(diǎn)。該解決方案包括使用接收由電動(dòng)機(jī)的微控制器發(fā)送的信息的可能性。中央控制器 10定期地發(fā)送GET_MAXSPEED指令到每個(gè)微控制器21、22、23和24，但是在低頻下(例如每秒一次)，該指令請(qǐng)求與微控制器相關(guān)聯(lián)的電動(dòng)機(jī)的最大速度的估計(jì)量。然后微控制器通過(guò)內(nèi)部算法、基于監(jiān)測(cè)適用于電動(dòng)機(jī)的電壓以便獲得已知的所得速度，并且基于以電動(dòng)機(jī)特性(在接入時(shí)，值可以被初始化成“最壞情況”值，然后該值能通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的真實(shí)性能而被周期性地修正)的預(yù)記錄曲線的形式的預(yù)測(cè)來(lái)評(píng)估與其相關(guān)聯(lián)的電動(dòng)機(jī)的最大速度。響應(yīng)于請(qǐng)求產(chǎn)生的該評(píng)估結(jié)果被傳送到中央控制器，由此連續(xù)地通知中央控制器關(guān)于無(wú)人駕駛飛機(jī)整個(gè)飛行過(guò)程中每個(gè)電動(dòng)機(jī)的性能的任何改變，特別是因變于充電下降的電池的任何改變。
權(quán)利要求
1.一種同步控制用于諸如四旋翼直升機(jī)之類的遙控旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)的多個(gè)電動(dòng)機(jī)的方法，每個(gè)電動(dòng)機(jī)由微控制器(21、22、23、24)控制，并且整套微控制器由中央控制器 (10)驅(qū)動(dòng)，其特征在于，所述方法包括-預(yù)備步驟，至少包括在中央控制器(10)和每個(gè)微控制器(21、22、23、24)之間經(jīng)由線路(11、12、13、14)建立異步串行通信鏈路，并且分配地址參數(shù)到每個(gè)微控制器；并且-在運(yùn)轉(zhuǎn)中，至少控制步驟適當(dāng)包括-對(duì)于中央控制器(10)，在每個(gè)鏈路線路(11、12、13、14)上同時(shí)發(fā)送消息，所述消息包括至少一個(gè)指令，所述至少一個(gè)指令由將執(zhí)行所述指令的目的地微控制器的地址參數(shù)指定；并且-對(duì)于每個(gè)目的地微控制器，從所述消息提取針對(duì)所述目的地微控制器的指令，并且執(zhí)行所述指令。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在中央控制器(10)和每個(gè)微控制器01、 22、23、24)之間的所述線路(11、12、13、14)是多路復(fù)用的傳送/接收線路(11、12、13、14)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述指令是用于應(yīng)用到每個(gè)電動(dòng)機(jī)的速度設(shè)定點(diǎn)值(SET_VALUE)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述指令是用于控制與電動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的命令(SET_LED)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述指令是對(duì)涉及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求(GET_SPEED)。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述指令是對(duì)涉及電動(dòng)機(jī)最大運(yùn)行速度的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求(GET_MAXSPEED)。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述預(yù)備步驟還包括在每個(gè)鏈路線路 (11、12、13、14)上插入抑制模塊(31、32、33、34)，用于抑制所述線路上的通信，所述抑制模塊由中央控制器(10)控制。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在所述預(yù)備步驟期間，控制器(10)使用抑制模塊(31、32、33、34)發(fā)送地址分配消息(SET_ADDRESQ到每個(gè)微控制器，來(lái)將地址參數(shù)分配給微控制器Ol、22、23、M)，所述消息包括相應(yīng)的地址參數(shù)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述預(yù)備步驟還包括使用抑制模塊(31、 32、33、34)在中央控制器(10)和至少一個(gè)微控制器(21、22、23、24)之間連續(xù)地建立協(xié)議 (FLASH_M0DE)，用于重新初始化所述微控制器的固件存儲(chǔ)器(200)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，還包括至少一個(gè)請(qǐng)求步驟(GET_ VERSION)，用于請(qǐng)求至少涉及每個(gè)微控制器和/或相關(guān)電動(dòng)機(jī)的固件存儲(chǔ)器(200)的數(shù)據(jù)。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)是固件Q00)的版本號(hào)。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述請(qǐng)求步驟由中央控制器(10)使用抑制模塊(31、32、33、34)發(fā)送請(qǐng)求消息到至少一個(gè)微控制器(21、22、23、24)來(lái)執(zhí)行，所述消息指定所述數(shù)據(jù)，并且所述中央控制器在發(fā)送新消息之前等待來(lái)自所述微控制器的響應(yīng)。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在引擎出故障的情況下，相關(guān)微控制器 (21,22,23,24)發(fā)送緊急消息到中央控制器(10)。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，在接收緊急消息之后，中央控制器(10) 發(fā)送消息到微控制器Ol、22、23、M)，所述消息包括用于應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的零設(shè)定點(diǎn)速度指令。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14的方法，其特征在于，電動(dòng)機(jī)故障根據(jù)電動(dòng)機(jī)速度的導(dǎo)數(shù)值來(lái)檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種同步控制用于諸如四旋翼直升機(jī)之類的遙控旋翼無(wú)人駕駛飛機(jī)的多個(gè)電動(dòng)機(jī)的方法。每個(gè)電動(dòng)機(jī)由微控制器(21、22、23、24)控制，并且整套微控制器由中央控制器(10)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括預(yù)備步驟，包括在中央控制器(10)和每個(gè)微控制器(21、22、23、24)之間經(jīng)由線路(11、12、13、14)至少建立異步串聯(lián)通信連接，并且分配地址參數(shù)到每個(gè)微控制器；并且在運(yùn)行中，至少控制步驟適當(dāng)?shù)陌╥)對(duì)于中央控制器(10)，在每個(gè)連接線路(11、12、13、14)上同時(shí)發(fā)送消息，該消息包括至少一個(gè)指令，該至少一個(gè)指令由將執(zhí)行所述指令的目的地微控制器的地址參數(shù)指定；并且ii)對(duì)于每個(gè)目的地微控制器，從所述消息提取針對(duì)目的地微控制器的指令，并且執(zhí)行該指令。
文檔編號(hào)H02P5/00GK102270958SQ20111020780
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者C·查佩倫, P·埃林 申請(qǐng)人:鸚鵡股份有限公司