一种具有故障诊断能力的无人直升机飞控系统

摘要

本发明一种具有故障诊断能力的无人直升机飞控系统，其硬件装置是由导航/飞控计算机系统、传感器系统、执行机构系统、遥控遥测系统以及供电系统组成。导航/飞控计算机系统为主备式双余度系统；传感器系统向导航/飞控计算机系统提供传感器信息；遥控遥测系统通过遥控自主转换直接与舵机系统连接；供电系统向传感器系统、导航/飞控计算机系统以及遥控遥测系统提供电力。其软件结构包含底层操作系统、数据I/O模块、系统管理软件、余度管理软件、飞行控制软件、导航控制软件及任务执行软件。本发明中的飞控系统增加了硬件余度，提升了可靠性；遥控系统的保留可以应对应急状态和非常规任务；故障诊断方法的加入增加了故障的可识别性。

主权项

一种具有故障诊断能力的无人直升机飞控系统，其特征在于：它包括硬件装置和软件结构两部份；(一)硬件装置本发明的硬件装置是由导航/飞控计算机系统、传感器系统、执行机构系统、遥控遥测系统以及供电系统组成；它们之间的相互关系如下：导航/飞控计算机系统与传感器系统、执行机构系统和遥控遥测系统通过特定的接口元件相连接，以完成通信及数据传输；传感器系统的传感器信息接入导航/飞控计算机系统以供导航/飞控计算；遥控遥测系统增加一路遥控，通过遥控自主转换直接与舵机系统连接，即手动遥控线路；执行机构系统根据导航/飞控系统输出的操控信号实现操纵；供电系统向传感器系统、导航/飞控计算机系统以及遥控遥测系统提供电力；1)所述导航/飞控计算机系统是主备式双余度系统，即导航/飞控计算机A和导航/飞控计算机B组成一组并列的导航/飞控计算机组，分别为主机和备份机，能在两个机箱内通过数字接口连结起来，也能在一个机箱内，通过通信及数据接口交换数据；该导航/飞控计算机组的结构有CPU板、输入接口板、输出接口板、电源板组成，在飞控计算机A和飞控计算机B之间通过A、B机给出的状态字信号进行主备切换；2)所述传感器系统由GPS/INS组合、姿态陀螺、角速率陀螺以及所有机上传感器数据包括油箱油量表、发动机转速传感器、发动机温度传感器、无线电高度表、空气压力传感器和大气数据传感器组成；各传感器之间的关系是并列的；GPS/INS作为主传感器提供直升机姿态导航信息，姿态陀螺、速率陀螺组件构成备份系统；上述所有传感器数据测量信号均同时传送给A/B两套导航/飞控计算机处理；大气数据传感器得到无人直升机前飞空速，再传送给导航/飞控计算机系统；该GPS/INS组合采用Navsymm^R XR5M12型GPS接收机，该接收机是一个12通道的C/A码接收机，能同时跟踪8颗GPS卫星，以及采用其相同性能的GPS；该姿态陀螺是选用TC‑9型挠性陀螺，它能够提供无人直升机的俯仰角、滚转角结合磁航向传感器，能提供无人直升机的航向角；无人直升机上一般采用微电子机械系统即MEMS结构的陀螺仪产品；该角速率陀螺是选用DMU3X‑21压电式速率陀螺，它能够提供无人直升机俯仰角、滚转角和偏航角变化的速率,一般采用压电晶体结构的产品；该油箱油量表是选用电容式油量表；它是能够测量油箱流量的传感器，也能选用流量式油量表；该发动机转速传感器是能够测量发动机实时转速的传感器，采用电磁式转速传感器，也能选用光电式传感器；该发动机温度传感器是能够测量发动机缸头温度的传感器，采用热电偶型式的温度传感器；它是按照实际需要自行设计，也能选用现有产品；该无线电高度表是能够测量无人直升机与地面相对高度的传感器，通过收发天线发射和接收无线电波来测量；它是按照实际需要自行设计，也能选用现有产品；该空气压力传感器是选用PT40系列空气压力传感器；它是一种压电式传感器，能测量发动机的进气压力，进而能调节发动机控制参数，也能选用电容式空气压力传感器；该空气压力传感器是按照实际需要自行设计，也能选用现有产品；该大气数据传感器输出气压高度和前飞空速的模拟电压值；它是按照实际需要自行设计，也能选用现有产品；3)所述执行机构系统由纵向舵机、横向舵机、航向舵机、总距舵机、油门舵机以及发动机组成；它们之间是并列关系；其中各个舵机均采用电气双余度电动舵机；该电气双余度电动舵机采用双余度控制器，一套机械结构，是为了提高电动舵机控制电路的可靠性；该发动机采用的是四冲程活塞发动机，采用自带的冷却系统冷却；它是按照实际需要选用现有产品；4)所述遥控遥测系统由地面站、地面遥控遥测收、发射机和机载遥控遥测收、发射机组成，各部分构成通信链路连接；遥控遥测系统通过主、备份通道将遥控遥测信号传送至导航/飞控系统，此外，增加一路遥控2，用于当两个导航飞控计算机都出事故时的应急方案，通过遥控遥测系统，切换至遥控方式，操纵员手动遥控飞机降落；该地面站由两到三台计算机组成，具有两到三个显示屏幕；主要处理飞行任务的规划、装订、监视以及对无人直升机的遥控操作；同时，无人直升机任务载荷获取的各种信息，也会传到地面站上进行处理；该地面站是按照实际需要自行设计，也能选用现有产品；该地面遥控遥测收、发射机选用国产的专为无人飞行器研制的无人直升机地面遥控站；它用来和无人直升机进行通信联系，通过发射天线，向无人直升机发送任务和控制信息；通过接收天线，接收无人直升机传回来的各种侦察信息；该机载遥控遥测收、发射机为机载的信号接收天线和信号处理单元，和前述的地面遥控站配套使用；它是无人直升机上用来和地面站进行通信联系的装置，通过接收天线，接收地面站发送来的任务指令；通过发射天线，向地面站发送无人直升机探测到的各种信息；该设备是按照实际需要自行设计，也能选用现有产品；5)所述供电系统向传感器系统、导航/飞控计算机系统以及遥控遥测系统提供电力，供电系统一般为一台机载直流电源，也装载一台备用电源，其输出电压及功率视具体设备而定；该系统是按照实际需要自行设计，也能选用现有产品；(二)软件结构该无人直升机飞控系统的软件结构包含底层操作系统和数据I/O模块和系统管理软件、余度管理软件、飞行控制软件、导航控制软件及任务执行软件；该软件底层操作系统采用的是VxWorks系统，该VxWorks是一种嵌入式实时操作系统；数据I/O模块负责处理飞控计算机与外接设备的数据处理；该系统管理软件负责不同模块程序的调用与协调；该余度管理软件实现两套计算机的同步、两套计算机数据的交叉比较以及故障诊断与隔离功能；该飞行控制软件实现控制律的管理与执行；该导航控制软件实现航路规划、飞行模式控制与决策管理；该任务执行软件实现任务的调度、执行与监控；整个软件结构又可以划分为四个层次；底层是数据I/O和操作系统；中间层是系统管理软件与余度管理软件；在上一层是飞行控制软件和导航控制软件；最高层是任务执行软件；该数据I/O和操作系统采用Tonado开发环境下的VxWork操作系统来实现；它负责处理各种进出数据，整理成标准形式，供上层软件使用，同时调配飞控计算机硬件资源，保障程序正常运行；该系统管理软件与余度管理软件为采用Microsoft公司的DOS6.0作为操作系统，利用Turbo C作为开发工具开发的管理软件；它实现任务的调度和协调，以及软件冗余的控制；该飞行控制软件和导航控制软件采用Microsoft公司的DOS6.0作为操作系统，利用Turbo C作为开发工具开发，软件主体是一个周期为规定运行时间的无限循环，在每个时序周期内导航飞控计算机进行导航及飞行控制参数的一次更新；它是具体进行飞行控制计算和任务导航控制计算的程序；该任务控制软件采用Microsoft公司的DOS6.0作为操作系统，利用Turbo C作为开发工具开发；它是对无人直升机任务载荷设备的控制程序。