[发明专利]遥控旋翼无人驾驶飞机的电动机的同步控制方法

说明书

本发明涉及一种对多个电动机的同步控制方法，用于遥控的旋翼无人驾驶飞机，例如四旋翼直升机。

在此使用的术语“旋翼无人驾驶飞机”是指任何已知的具有多个电动机的直升机配置，并且特别是双旋翼纵列式或“香蕉”配置，具有对转共轴式旋翼的kamof配置，并且最特别的是四旋翼直升机或四旋翼配置，其具有四个固定间距的共面的旋翼，这四个旋翼具有各自的电动机，这些电动机通过所包含的导航和姿态控制系统独立地驱动。

这种无人驾驶飞机的典型示例是来自法国巴黎鹦鹉公司(Parrot SA)的AR无人驾驶飞机，其是装有一系列传感器(三个轴上的加速度计和陀螺仪，高度计，垂直瞄准相机)以及用于基于WO2009/109711(鹦鹉公司)中描述的在原理自动地稳定悬停飞行的系统的四旋翼直升机。该无人驾驶飞机还具有前向的相机，用于收集无人驾驶飞机飞行场景的图像。

在这种四旋翼直升机型无人驾驶飞机中，旋翼是由四个推进单元构成，每个推进单元都包括经由一系统通过电动机驱动的螺旋桨，该系统用于减低通常电动机的超高速旋转。在每个推进单元中，驱动电动机由它自己的微控制器控制，该微控制器又由所有推进单元共用的单个中央控制器根据飞行参数来驱动。

可以理解，具有多个推进单元的无人驾驶飞机的飞行性能很大程度依赖于微控制器自身受中央控制器驱动的精确性，这些微控制器控制推进单元的电动机。中央控制器负责将由使用者设定的飞行动作转换成为用于施加到电动机的微控制器的驱动信号的术语。

此外，使施加于电动机的命令完美同步地执行是必须的，由于给予微控制器合适的驱动信号还不够，那些信号还必须要同步到达微控制器，假设那些信号之间最小的时间差都可能导致无人驾驶飞机性能的不稳定性。

一种已知的四旋翼直升机型无人驾驶飞机的控制方法使用脉宽调制(PWM)，其包括调整用于向电动机的微控制器发送相应设定点的脉冲的宽度。该技术的优点是可以用于各种类型的电动机，例如有或者没有电刷的电动机。尽管如此，并不能保证电动机的控制在他们之间是准确地同步的。

因此，本发明的目的是提出一种对多个电动机的同步控制方法，每个电动机由微控制器控制，并且整套微控制器由中央控制器驱动，该方法使得在所有情况下，实现电动机所施加命令的完美同步成为可能。

根据本发明，该目标通过方法实现，该方法包括：

-预备步骤，至少包括在中央控制器和每一个微控制器之间经由线路建立异步串行通信链路，并且给每个微控制器分配地址参数；并且

-在运转中，至少一种控制步骤适当的包括：

-对于中央控制器，在每个链路线路上同时发送消息，该消息包括至少一个指令，该至少一个指令由将执行所述指令的目的地微控制器的地址参数所指定；并且

-对于每个目的地微控制器，从所述消息提取针对该目的地微控制器的指令，并且执行它。

因此，对于四旋翼直升机型无人驾驶飞机，例如，当中央控制器需要发送与相关电动机的驱动有关的指令到四个微控制器中的每一个时，它准备包括了分别分配给相应微控制器的地址参数的四个指令的单个消息，并且它同时发送消息到四个异步串行通信线路上的所有四个微控制器。在接收上，每个微控制器同时动作，以使用地址参数从该消息提取对于该微控制器的指令，并且相应地驱动相应电动机。这样，对所有四个电动机的控制是严格同步的。

举例来说，所述指示是用于应用到每个电动机的速度设定值。这自然是非常重要的指令，因为它决定无人驾驶飞机如何飞行。与该速度指令有关的消息是以几毫秒的周期传送的。

此外，本发明还规定所述指令是用于控制与电动机相联系的设备的命令。这种规定所显示出的优点是，所讨论的设备无需借助在中央控制器与微控制器之间的另外的连接电缆来驱动，该中央控制器放置在无人驾驶飞机的主结构中，而微控制器与相关的电动机一起位于从主结构伸出的四个臂的末端。这避免了不必要地使无人驾驶飞机的臂变重。

在所设想的各种设备中间，提醒装置可以用不同颜色的发光二极管(LED)制造，这些LED可以由中央控制器驱动。

为了使信息能从微控制器返回到中央控制器，本发明规定所述指令是对与电动机运行有关的数据的请求。

例如，如果中央控制器设法发现电动机的速度，它可能使用异步串联链路线路来发送消息，该消息包括指定与所讨论的电动机相关联的微控制器的地址参数的速度请求指令。在接收上，只有目的地微控制器通过经由通信线路传递所请求的速度来发送对该请求的响应消息。其他微控制器忽视该请求消息，因为他们自己的地址参数并不指定在该请求中。