[發明專利]考慮地效的多旋翼自主起降控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201611197243.4
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106708067B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 蒲志強;譚湘敏;易建強;丘騰海
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙) 11482
• 代理人: 李飛;吳曉芬

本發明涉及一種考慮地效的多旋翼自主起降控制方法及裝置。其中，該多旋翼自主起降控制方法包括獲取多旋翼的期望參數、實時工作參數及上一時刻多旋翼在豎直方向的電機控制量；根據讀取的數據，計算標稱狀態下的自主起降電機控制量，以及地效干擾下的自主起降電機補償控制量；根據標稱狀態下的自主起降電機控制量和地效干擾下的自主起降電機補償控制量，合成出下一時刻的電機控制量。由此，本發明降低了不確定地效干擾帶來的起降過程中飛行器側翻、墜機甚至造成人身傷害等風險，增強了起降飛行的穩定性和操作體驗，提高了在復雜地形條件下要求平穩的飛行姿態、精確的起降時間、精密載荷軟著陸等任務下的多旋翼飛行控制表現。

技術領域

本發明實施例涉及多旋翼自主飛行控制技術領域，具體地說，涉及一種考慮地效的多旋翼自主起降控制方法、考慮地效的多旋翼自主起降控制裝置。

背景技術

近些年，多旋翼無人機以其簡單的操作機理、穩定的飛行性能、相比固定翼和直升機更低廉的價格而得到越來越廣泛的應用。自主起飛和降落是多旋翼工作的重要階段，也是最容易造成墜機、側翻等飛行事故的階段，嚴重的還可能對作業人員造成人身傷害。

在離地高度較小的起降過程中，地效干擾對多旋翼的飛行動態造成了嚴重的影響。盡管從理論上講，地效有助于增加螺旋槳產生的升力，但在許多復雜的地形環境和高精度的控制任務下，地效將大大降低多旋翼自主飛行的性能表現。地效的模型很難精確建立，受風干擾、地形凹凸條件、地面硬度等起降環境影響嚴重，而這些因素存在許多不確定性，由此給操作員或自主控制器帶來了諸多挑戰，例如植保作業時要求飛行姿態平穩，在移動的平臺上起降時要求有精確的起降時間，帶有高精密載荷時要求軟著陸等，在這些應用場合，地效干擾將對飛行器的控制表現產生嚴重影響。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，本發明實施例提供一種考慮地效的多旋翼自主起降控制方法，以實現在復雜地形環境、高精度起降控制任務要求下的高性能自主起降控制。此外，本發明還提供一種考慮地效的多旋翼自主起降控制裝置。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供以下技術方案：

一種考慮地效的多旋翼自主起降控制方法，該方法包括：

獲取多旋翼的期望參數、實時工作參數及上一時刻多旋翼在豎直方向的電機控制量；其中，期望參數包括期望的起降速度；實時工作參數包括：實時高度、豎直速度、滾轉角和俯仰角；

根據多旋翼的期望參數、實時工作參數以及多旋翼結構參數，計算標稱狀態下的自主起降電機控制量；

根據多旋翼的期望參數、實時工作參數和上一時刻多旋翼在豎直方向的電機控制量以及多旋翼結構參數，計算地效干擾下的自主起降電機補償控制量；

根據標稱狀態下的自主起降電機控制量和地效干擾下的自主起降電機補償控制量，合成出下一時刻的電機控制量。

進一步地，根據多旋翼的期望參數、實時工作參數以及多旋翼結構參數，計算標稱狀態下的自主起降電機控制量，具體包括：

根據多旋翼的期望參數、實時工作參數以及多旋翼結構參數，結合多旋翼標稱高度動力學模型，根據下式計算標稱狀態下的自主起降電機控制量：

其中，表示標稱狀態下的自主起降電機控制量；m表示多旋翼的質量；表示期望的起降加速度；k₁表示控制增益，k₁＞0；k₂表示控制增益，k₂＞0；e₁＝z_d-z；z_d表示期望高度；z表示實時高度；表示期望的起降速度；v_d表示多旋翼豎直速度；g表示重力加速度常數；表示推控比的估計值；表示滾轉角；θ表示俯仰角。

進一步地，推控比的估計值通過以下方式來確定：