[发明专利]一种四旋翼无人机有限时间姿态跟踪控制系统

说明书

本发明公开了一种四旋翼无人机有限时间姿态跟踪控制系统，包括路径规划子系统，用于对四旋翼无人机飞行起始点之间的路径进行规划；飞行数据采集子系统，用于采集四旋翼无人机的飞行数据；数据分析子系统，用于对所述飞行数据进行分析，生成控制指令传输至所述飞行控制子系统；飞行控制子系统，用于根据所述控制指令调整四旋翼无人机的飞行状态。本发明通过三维激光点云技术实现四旋翼无人机飞行前的路径规划以及障碍物识别，并确定无人机飞行至障碍物处的姿态变换，同时根据实际需要设置飞行过程中速度、高度的阈值，实现了飞行过程的跟踪控制。

技术领域

本发明属于无人机控制领域，特别是涉及一种四旋翼无人机有限时间姿态跟踪控制系统。

背景技术

近年来，在无人机应用与实验领域，四旋翼无人机被认为是最好的平台。四旋翼飞行器实验平台采用ARM处理器控制无刷直流电机并且通过加速度传感器和陀螺仪的反馈数据进行飞行器的平衡控制和姿态调节。

随着军用和民用市场的广阔应用需求以及四旋翼本身独特的性能，四旋翼飞行器已经成为航空学术研究中的热点问题，小型四旋翼飞行器具有4个螺旋桨，并且螺旋桨成十字交叉结构的旋翼式飞行模式，由4个独立的电机分别驱动，4个旋翼蝶型分布，分别以顺时针和逆时针两个方向旋转，对角线上的电机转动方向相同，相邻电机转动方向相反，通过调节4个电机的转速可实现俯仰，横滚，偏航等飞行动作，并有可悬停，机动性，方向控制灵活等优点。

但在现有技术对于四旋翼无人机飞行过程中的姿态控制以及路径规划尚未成熟，由此导致在飞行时出现较多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种四旋翼无人机有限时间姿态跟踪控制系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种四旋翼无人机有限时间姿态跟踪控制系统，包括路径规划子系统、飞行数据采集子系统、数据分析子系统、飞行控制子系统；

所述路径规划子系统用于对四旋翼无人机飞行起始点之间的路径进行规划；

所述飞行数据采集子系统用于采集四旋翼无人机的飞行数据；

所述数据分析子系统用于对所述飞行数据进行分析，生成控制指令传输至所述飞行控制子系统；

所述飞行控制子系统用于根据所述控制指令调整四旋翼无人机的飞行状态。

可选地，所述路径规划子系统通过获取所述四旋翼无人机的飞行起始点之间的建筑三维点云图，根据所述建筑三维点云图获取无人机飞行路径。

可选地，所述路径规划子系统根据所述建筑三维点云图确定所述飞行起始点之间的最短路径，并获取所述最短路径中的障碍物。

可选地，所述路径规划子系统根据所述建筑三维点云图获取所述最短路径以及障碍物后，将所述建筑三维点云图传输至所述数据分析子系统进行避障设置。

可选地，所述飞行数据采集子系统包括设置于四旋翼无人机上的微型转速传感器、微型惯性传感器、压电式加速度传感器、气压高度传感器以及陀螺仪；所述飞行数据包括电机转速、最大飞行速度、最大加速度、最大角速度、最大飞行高度。

可选地，所述数据分析子系统根据所述路径规划子系统获取的障碍物确定四旋翼无人机的变换姿态，根据所述变换姿态生成相对应的控制指令进行避障设置。

可选地，所述变换姿态包括垂直升降、俯仰姿态、倾斜姿态、偏航运动姿态。

可选地，所述数据分析子系统还用于对四旋翼无人机的飞行数据设置阈值，当所述飞行数据超出设置的阈值时，则生成飞行调整指令，使无人机变换姿态，还用于采用PID算法对四旋翼无人机进行飞行控制。