[發明專利]一種無人機自適應質量補償控制方法和系統

在審

• 申請號: 201710922610.0
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107783421A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 曹鵬蕊;黃濤;劉國良;費鵬;康騰
• 申請（專利權）人: 深圳禾苗通信科技有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所44242
• 代理人: 王文伶

技術領域

本發明涉及無人機領域，具體而言，本發明涉及一種無人機自適應質量補償控制方法和系統。

背景技術

無人機是一種由遙控設備或機上程序控制設備控制飛行的不載人飛機。由于其用途廣泛，結構簡單，效費比優良、無人員傷亡風險，機動性能好，在現在戰爭中具有極其重要的作用，在民用領域更有廣闊的前景。

然而，現有無人機在應用于軍事或民用的監控、勘測等任務時，一般會攜帶相應的負載來完成以上任務，而負載的質量各不相同，原傳統控制方式無法快速實時的辨識出負載的質量，導致無人機在起飛時因拉力不足而出現起飛不平穩的現象以及在無人機飛行過程中負載的突然變化引起無人機飛行不穩定的現象。這種現象會使用戶特別是新手操作無人機時，感到恐懼與緊張，如果此時用戶操作不當可能引起無人機的墜毀并且極有可能威脅他人的人身安全，影響用戶體驗。

發明內容

本發明針對現有方式的缺點，提出一種無人機自適應質量補償控制方法和系統，用以解決現有技術存在的如下問題：在無人機在飛行時或者飛行過程中遇上負載突變而出現飛行不穩定等情況，從而導致用戶體驗差的問題。

根據本發明的第一個方面，提供了一種無人機自適應質量補償控制方法，具體包括如下步驟：

實時獲取無人機的加速度和高度方向的升力；

建立無人機的高度方向的動力學方程，在該動力學方程的基礎上，以重力加速度和高度方向的升力作為測量輸入參數，將所述無人機的加速度作為一個變量，設定估計的無人機質量，通過帶有遺忘因子的遞推最小二乘法，動態辨識出無人機的實時等效重力；

將所述動態辨識出無人機的實時等效重力作為補償項，與傳統PID控制相結合，形成基于重量補償的PD控制。

進一步的，所述實時獲取無人機的加速度和高度方向的升力，是指：在無人機飛行時或者飛行過程中增減負載時，實時獲取無人機的加速度和高度方向的升力。

進一步的，所述無人機的加速度由飛行控制系統對慣性傳感器的數據經過濾波融合處理后得到。

進一步的，所述高度方向的升力由飛行控制系統計算所得。

進一步的，所述無人機的實時等效重力作為一個未知參數來辨識。

另一方面，本發明提供了一種無人機自適應質量補償控制系統，所述系統包括數據采集模塊、數據處理模塊和PID控制模塊：

所述數據采集模塊，用于實時獲取無人機的加速度和高度方向的升力；

所述數據處理模塊，用于建立無人機的高度方向的動力學方程，在該動力學方程的基礎上，以重力加速度和高度方向的升力作為測量輸入參數，將所述無人機的加速度作為一個變量，設定估計的無人機質量，通過帶有遺忘因子的遞推最小二乘法，動態辨識出無人機的實時等效重力；

所述PID控制模塊，用于將所述動態辨識出無人機的實時等效重力作為補償項，與傳統PID控制相結合，形成基于重量補償的PD控制。

進一步的，所述數據采集模塊實時獲取無人機的加速度和高度方向的升力，是指：數據采集模塊在無人機飛行時或者飛行過程中增減負載時，實時獲取無人機的加速度和高度方向的升力。

進一步的，所述無人機的加速度由飛行控制系統對慣性傳感器的數據經過濾波融合處理后得到。

進一步的，所述高度方向的升力FZ由飛行控制系統計算所得。

進一步的，所述無人機的實時等效重力作為一個未知參數來辨識。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明通過帶有遺忘因子的遞推最小二乘法，動態辨識出無人機的實時等效重力，并將所述動態辨識出無人機的實時等效重力作為補償項，與傳統PID控制相結合，形成基于重量補償的PD控制，其計算過程簡單，且機動性能良好實施方便，對起降條件要求較低，且當無人機在飛行時或者飛行過程中遇上負載突變的情況，本發明可確保無人機持續保持平穩狀態，適合搭載自動駕駛儀、航拍相機、待投物資等，平飛狀態下，隨自身重力的變化可進行重量補償控制。

本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為實施例1的一種無人機自適應質量補償控制方法的示意流程圖；

圖2為實施例2的一種無人機自適應質量補償控制系統的結構框圖；

圖3為實施例1和實施例2的技術應用在無人機中的控制回路框圖；

圖4為無人機攜帶負載起飛過程的控制效果圖；