微小型无人直升机自动驾驶和手动遥控飞行切换方法

1.一种微小型无人直升机自动驾驶和手动遥控飞行切换方法，其中包括切换控制器模块，机载遥控收发器模块，地面遥控收发器模块；切换控制器模块安装在微小型无人直升机上；其特征在于：
切换控制器模块接收微小型无人直升机飞行控制系统的PWM舵机控制信号和传感器信息，根据预设的判断规则对自动飞行控制系统的PWM舵机控制信号和传感器信息进行判断，判断规则为：若自动飞行控制系统输出的PWM舵机信号的占空比超过正常范围，正常范围是正脉冲宽度为1ms至2ms，则判断自动飞行控制系统异常；若传感器信号超过正常范围，或传感器没有输出，则判断传感器异常；若无人直升机俯仰角或横滚角超过预设的正常范围，则判断无人直升机姿态异常；如果判断自动飞行控制系统或者传感器或者直升机姿态不正常，则切换控制器将PWM舵机控制信号由自动控制信号切换至遥控PWM舵机控制信号，即将机载遥控收发器的PWM舵机信号输出给直升机舵机，使自动飞行控制系统输出的PWM舵机信号无效；无人直升机进入手动遥控飞行模式，同时切换控制器控制机载遥控收发器向地面遥控收发器发出报警信号，地面操作人员据此立即遥控微小型无人直升机保持安全飞行；报警信号分为自动飞行控制系统异常报警信号，传感器异常报警信号，无人直升机姿态异常报警信号，报警规则为：若地面遥控收发器接收到自动飞行控制系统异常报警信号后，灯1开始闪烁，同时发出报警声响1，则判断自动飞行控制系统异常；若地面遥控收发器收到传感器异常报警信号后，灯2开始闪烁，同时发出报警声响2，则判断传感器异常；
若地面遥控收发器收到无人直升机姿态异常报警信号后，灯3开始闪烁，同时发出报警声响3，则判断无人直升机姿态异常；在微小型无人直升机飞行正常的情况下，飞行模式由手动遥控模式切换到自动控制模式。

微小型无人直升机自动驾驶和手动遥控飞行切换方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种微小型无人直升机自动驾驶和手动遥控飞行切换方法，属于飞行器自动控制领域。\n背景技术\n[0002] 微小型无人直升机是当今世界一项热门的技术。由于其体积小巧、成本低、飞行机动性好、起降场地要求低，微小型无人直升机在航拍、大气监测、交通监控、资源勘探、农业等民用领域和战场侦察、目标监视、直接攻击、通信中继等军用领域都获得了广泛的应用。\n但是，微小型无人直升机是一个典型的非线性、多输入多输出、强噪声、强耦合的复杂控制系统，尽管当今已经提出了一些有效地控制方法，但难以保证微小型无人直升机在空中出现故障，或者由于外界大气的干扰而造成控制律的实效，此时如果不及时地采取补救措施，直升机就有坠机的危险，为此，设计一种能及时的在无人直升机自动驾驶模式和手动遥控飞行模式切换的方法是非常必要的。一旦出现上述的危险状况时，将无人直升机切换到手动遥控飞行方式，才能保证无人直升机的安全降落。\n[0003] 现有的微小型无人直升机自动驾驶和手动遥控飞行切换方式一般是在遥控器中单独设置一路通道作为切换按钮，由地面上的操作人员通过目测来决定是自动驾驶还是手动遥控飞行。这种方法存在着判断不及时、准确率不高和操作延迟的缺点。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是使得微小型无人直升机在自主飞行出现异常状况时，或飞行控制系统不能正常控制直升机的飞行时，将微小型无人直升机的控制模式由自动驾驶模式切换到手动遥控飞行模式，从而由地面上的操作人员引导无人直升机的安全降落。\n[0005] 该微小型无人直升机自动驾驶和手动遥控飞行切换方法，其中包括切换控制器模块，机载遥控收发器模块，地面遥控收发器模块；切换控制器模块安装在微小型无人直升机上；\n[0006] 切换控制器模块接收微小型无人直升机飞行控制系统的PWM舵机控制信号和传感器信息，根据预设的判断规则对自动飞行控制系统的PWM舵机控制信号和传感器信息进行判断，如果判断自动飞行控制系统的PWM舵机信号或者传感器信息不正常，则切换控制器将PWM舵机控制信号由自动控制信号切换至遥控PWM舵机控制信号，即将机载遥控收发器的PWM舵机信号输出给直升机舵机，使自动飞行控制系统输出的PWM舵机信号无效；无人直升机进入手动遥控飞行模式，同时切换控制器控制机载遥控收发器向地面遥控收发器发出报警信号，地面操作人员据此立即遥控微小型无人直升机保持安全飞行。\n[0007] 在微小型无人直升机飞行正常的情况下，飞行模式由手动遥控模式切换到自动控制模式。\n[0008] 报警信号分为自动飞行控制系统异常报警信号，传感器异常报警信号，无人直升机姿态异常报警信号。\n[0009] 本发明的有益效果：\n[0010] 为改进传统自动驾驶和手动遥控飞行切换方式的缺点，本发明采用的切换方法，能够不停得检测微小型无人直升机的飞行状况，一旦检测到飞行状况异常，马上切换到手动遥控飞行方式，同时告知地面操作人员，操作人员立即遥控直升机飞行，引导直升机安全降落。\n附图说明\n[0011] 图1为自动驾驶和手动遥控飞行智能切换方法的功能模块图。\n[0012] 图2为切换控制器自动驾驶和手动遥控飞行判断规则图。\n[0013] 图3为切换控制器手动遥控飞行模式报警规则图。\n具体实施方式\n[0014] 下面结合附图详细说明本发明：\n[0015] 图1是本发明的功能模块图。本发明主要由切换控制器模块、机载遥控收发器模块、地面遥控收发器模块组成。切换控制器接收来自自动飞行控制系统的PWM舵机控制信号和各个传感器的信息，同时也接收来自机载遥控收发器的PWM舵机控制信号。切换控制器依据预置在控制器内的自动驾驶/手动遥控飞行判断规则来进行飞行模式切换。如果切换到自动驾驶模式，则输出自动飞行控制系统的PWM舵机信号到无人直升机的舵机，实现无人直升机的自动飞行；如果切换到手动遥控飞行模式，则输出机载遥控收发器的PWM舵机信号。任何时刻，都只有一种模式的PWM信号输出到无人直升机的舵机。机载遥控收发器接收来自地面遥控收发器的控制信号并向切换控制器输出PWM舵机控制信号。当切换控制器切换到手动遥控飞行模式时，机载遥控收发器也接收来自切换控制器的报警信号。地面遥控收发器用于向机载遥控收发器发射无人直升机的控制信号，也接收机载遥控收发器发射的报警信号。\n[0016] 下面对切换控制器的切换判断规则进行说明：\n[0017] 如图2所示，切换控制接收飞行控制系统的PWM舵机控制信号和传感器信号来进行切换判断。如果检测到飞行控制系统异常或传感器异常或无人直升机的姿态异常，则切换控制器切换到手动遥控飞行模式；若无人直升机处于正常飞行状态，飞行模式可由手动遥控模式切换到自动控制模式。\n[0018] (1)自动飞行控制系统异常：\n[0019] 自动飞行控制系统输出的PWM舵机信号的占空比超过正常范围，正常范围是正脉冲宽度为1ms至2ms；\n[0020] (2)传感器异常：\n[0021] 传感器信号超过正常范围，或者是传感器没有了输出。正常范围由不同的传感器而定。\n[0022] (3)无人直升机姿态异常：\n[0023] 无人直升机的姿态角度包括俯仰角(pitch)、横滚角(roll)和偏航角(yaw)。偏航角只与机身的水平方向有关，因此我们只需要判断俯仰角和横滚角。设定无人直升机俯仰角的正常范围在-60度和+60度之间，无人直升机的横滚角在-60度在+60度之间。这两个角度的正常范围可以根据具体的飞行控制系统和直升机而定，不一定是上述的值。\n[0024] 下面对切换方法的报警规则进行说明：\n[0025] 报警信号分为三种，分别是自动飞行控制系统异常报警信号，传感器异常报警信号，无人直升机姿态异常报警信号。如图3所示，在切换控制器切换无人直升机控制模式的同时，向机载遥控收发器发出报警信号。机载遥控收发器再向地面遥控收发器发射报警信号，地面操作人员便能够知道切换的原因。地面遥控收发器使用声光同时报警，保证了报警的可靠性。\n[0026] (1)自动飞行控制系统异常报警信号\n[0027] 地面遥控收发器接收到自动飞行控制系统异常报警信号后，灯1开始闪烁，同时发出报警声响1。\n[0028] (2)传感器异常报警信号\n[0029] 地面遥控收发器收到传感器异常报警信号后，灯2开始闪烁，同时发出报警声响\n2。\n[0030] (3)无人直升机姿态异常报警信号\n[0031] 地面遥控收发器收到无人直升机姿态异常报警信号后，灯3开始闪烁，同时发出报警声响3。