一种多飞行器吊装协调控制系统

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一种多飞行器吊装协调控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于航空控制技术领域，具体涉及一种多飞行器吊装协调控制系统。\n背景技术\n[0002] 改革开放以来，我国的经济取得了飞速的发展，人民生活质量得到很大的改善。新的发展时期，国家正在进一步完善各项基础设施，但是在基础设施的建设设备研发方面却没跟上大节奏，现代工程设备的装吊就是一个比较突出的问题，目前主要还是依靠笨重的起吊机械进行作业，但是起吊机械的操作复杂，作业半径有限，并且事故发生的频率较高，在一些山区的设备、物资运输，高压线的架线等情况下使用就不可行了。同时在正常的设备安装作业中，对操作高度有要求的情况下使用起吊机械也力不从心，比如：户外信号塔、基站的架线以及目前的风电行业重大设备的高空安装等问题现在还都没有完美的解决方案。\n[0003] 近年来，随着航空工业的快速发展，无人飞行器和小型有人飞行器控制技术得到了很大的发展，已经成为了当前的研究热点。其中，旋翼飞行器由于体积小，可轻松实现垂直起降、自稳悬停、平飞等功能，具有控制简单，精度高，且工作时与地面无支撑点等特点使得其作为吊装设备的动力源具有非常明显的优势。当前飞行器的控制技术已趋于成熟，多个飞行器队列飞行的技术研究已提上日程，并初步取得一定的成就，本发明所涉及的多飞行器协同工作的控制技术正是基于这些成就而设计的。\n发明内容\n[0004] 本发明在于提供一种多飞行器吊装协调控制系统，能够克服传统起吊机械的使用弊端，其使用范围广，操作简单，实现吊装过程的平稳，显著提高现代工程建设的效率。\n[0005] 为了达到以上的目的，本发明采取如下技术方案予以实现：\n[0006] 本发明包括用于控制若干飞行器的地面控制中心和用于测量重物当前的姿态信息、加速度以及飞行高度信息的反馈装置，反馈装置安装在飞行器吊装的重物上，反馈装置内部集成有惯性姿态测量单元以及高度传感器，反馈装置通过无线数传的方式将测量的信息发送到地面控制中心，地面控制中心通过先进PID控制算法对控制信息进行计算后发送给各个飞行器，飞行器根据接收到的控制信号调节飞行器的姿态，使得重物在吊装作业过程中始终保持平稳。\n[0007] 所述惯性姿态测量单元由三轴加速度计、陀螺仪和三轴磁阻传感器组成。\n[0008] 所述地面控制中心为安装有RS232无线串口数据接收装置和发送装置的计算机。\n[0009] 所述飞行器根据接收到的控制信号调节飞行器的姿态是通过安装于飞行器上的机载控制器或人工操作完成的。\n[0010] 相对于现有技术，本发明具有的有益效果：\n[0011] （1）采用本发明的协调控制系统不拘泥于飞行器的种类，只要在满足地面控制中心控制端口协议的情况下用户可自由选择飞行器的类型；本发明使用范围广，操作简单，实现了吊装过程的平稳；\n[0012] （2）采用飞行器作为吊装设备的动力源，克服了高空吊装的困难，并利用多个飞行器协同起吊，这样可以增大起吊重量，同时在地面控制中心可控范围内可根据起吊重量的变化增加或减少飞行器的数量，具有一定的灵活性；\n[0013] （3）地面控制中心作为整个吊装设备的控制核心，其主要职能是统筹全局，规划吊装装备的飞行轨迹，向飞行器发送控制指令，同时接收反馈装置反馈的各类信息以及各飞行器摄像头传回的实时飞行画面，实现地面全面监控。本发明能够实现吊装过程的平稳。\n附图说明\n[0014] 图1是本发明的一种多飞行器吊装协调控制系统方案示意图；\n[0015] 图2是本发明的一种多飞行器吊装协调控制系统实现原理示意图。\n[0016] 其中，1-反馈装置；2-飞行器；3-重物；4-环扣；5-吊钩。\n具体实施方式\n[0017] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。\n[0018] 参见图1-2本发明包括地面控制中心和反馈装置1，地面控制中心为安装有RS232无线串口数据接收装置和发送装置的计算机，地面控制中心用于控制若干飞行器2，反馈装置1安装在飞行器吊装的重物3上，可以精确的测量重物3当前的姿态信息、加速度以及飞行高度信息并通过无线数传的方式发送到地面控制中心，反馈装置1内部集成有惯性姿态测量单元以及高度传感器，惯性姿态测量单元由三轴加速度计、陀螺仪和三轴磁阻传感器组成。所述飞行器2上安装有机载控制器和用于吊装重物的吊钩5或吊绳。反馈装置1通过无线数传的方式将测量的信息发送到地面控制中心的RS232无线串口数据接收装置，地面控制中心通过先进PID控制算法对实时控制信号进行计算后再通过RS232无线串口数据发送装置以无线数传的方式发送给各个飞行器2，飞行器2根据接收到的控制信号通过机载控制器或人工操作来调节飞行器2的姿态，使得重物在吊装作业过程中始终保持平稳。\n[0019] 本发明不包含作为动力源的飞行器，采用本发明的协调控制系统不拘泥于飞行器的种类，只要在满足地面控制中心控制端口协议的情况下用户可自由选择飞行器的类型，可以是单翼飞行器或者是多翼飞行器，比如单旋翼、双旋翼、四旋翼或六旋翼飞行器等，既可以是有人控制的，也可以是无人控制的飞行器。\n[0020] 参见图1，在使用本发明的协调控制系统时，吊装设备主要由动力源、协调控制系统和重物三大部分组成，其中，动力源为飞行器，本发明仅以四个四旋翼飞行器为例，可以采用单旋翼飞行器也可以是多旋翼飞行器，既可以是有人控制的也可以是无人控制的飞行器，通过吊钩或吊绳与设置在重物上的环扣4相连来吊装重物。\n[0021] 本发明的工作过程：参见图2，地面控制中心向各个飞行器（本发明中飞行器包括第一飞行器、第二飞行器、第三飞行器、第四飞行器）发送位置控制指令，各个飞行器接受位置控制指令后，通过机载控制器或有人操作等手段对飞行器进行姿态调节，使得整个吊装装备作业过程中重物始终保持平稳。同时，反馈装置不断地检测重物的姿态信息并反馈给地面控制中心，\n[0022] 地面控制中心通过RS232无线串口数据发送装置实时接收反馈装置反馈的各类信息，然后通过先进PID控制算法进行实时控制信号的优化与分配后将控制信号发送给各个飞行器，同时，各个飞行器还将飞行器上的摄像头拍摄的实时飞行图像通过无线数传的方式发送给地面控制中心，地面控制中心从而实现地面全面监控。本发明采用先进控制技术实现吊装装备的平稳作业。\n[0023] 本发明中地面控制中心作为整个吊装设备的控制核心，其主要职能是统筹全局，规划吊装装备的飞行轨迹，向飞行器发送控制指令，同时接收反馈装置反馈的重物的姿态、加速度和高度信息以及各飞行器摄像头传回的实时飞行画面，实现地面全面监控。