[發明專利]基于PWM波占空比的多旋翼飛行器導航方法

有效

• 申請號: 201810374436.5
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108571969B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 周文雅;李論;徐典;李哲;馬宏圖;王澤霖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

本發明公開了一種基于PWM波占空比的多旋翼飛行器導航方法，包括以下步驟：S1、通過旋翼臺架試驗，測試PWM波占空比和旋翼轉速、升力、力矩數據，通過數據處理，得到PWM波占空比與旋翼轉速、升力、力矩的關系。S2、根據步驟1中PWM波占空比與旋翼轉速、升力、力矩的關系，建立多旋翼飛行器動力學方程。S3、根據實際PWM波占空比，解算動力學方程，得到導航信息。本發明所述的基于PWM波占空比的多旋翼飛行器導航方法，通過PWM波占空比，解算多旋翼無人機的動力學方程，獲得導航信息。通過該方法實現多旋翼飛行器的自主導航功能。無需外源導航信息和額外硬件設備；原理簡單，易于實現；成本低。

技術領域

本發明涉及飛行器設計技術領域，具體地說是一種基于PWM波占空比的多旋翼飛行器導航方法。

背景技術

目前，隨著技術的發展，多旋翼飛行器的應用越來越廣泛。

多旋翼飛行器在飛行過程中需要導航系統提供導航信息。目前通常使用衛星導航系統(GPS、北斗等)和慣性導航系統等提供導航信息。

衛星導航系統對外源信息的依賴十分嚴重，并且容易受到天氣和地形障礙的干擾，極大地限制了多旋翼飛行器的應用場景。慣性導航需要額外慣性原件進行慣性測量，會增加飛行器重量，不利于旋翼飛行器的輕量化。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種基于PWM波占空比的多旋翼飛行器導航方法，用于解決現有的衛星導航系統對外源信息的依賴十分嚴重，并且容易受到天氣和地形障礙的干擾，極大地限制了多旋翼飛行器的應用場景的缺點。本發明采用的技術手段如下：

一種基于PWM波占空比的多旋翼飛行器導航方法，包括以下步驟：

S1、通過旋翼臺架試驗，測試PWM波占空比和旋翼轉速、升力、力矩數據，通過數據處理，得到PWM波占空比與旋翼轉速、升力、力矩的關系。

S2、根據步驟1中PWM波占空比與旋翼轉速、升力、力矩的關系，建立多旋翼飛行器動力學方程。

S3、根據實際PWM波占空比，解算動力學方程，得到導航信息。

作為優選步驟S1中，具體的，單個旋翼產生的升力、力矩分別表示為：

F_i＝f(ω_i) (1)

M_i＝h(ω_i) (2)

式中，ω_i表示第i個旋翼的PWM波占空比，F_i表示第i個旋翼產生的升力，M_i表示第i個旋翼產生的力矩；

旋翼轉速Ω表示為

Ω_i＝k(ω_i) (3)。

作為優選步驟S2中，建立多旋翼飛行器動力學方程的具體步驟如下：

S21設定，a、四旋翼飛行器為剛體，機體嚴格對稱；b、質量和重力加速為常值；c、地面坐標系為慣性系；d、忽略地球曲率的影響；e、忽略空氣阻力。

S22、四旋翼飛行器在空間的運動需要六個自由度才能完全描述，包括飛行器質心沿著地面慣性坐標系的三個坐標軸的平動位移，即線運動，以及飛行器繞機體坐標系的三個坐標軸的轉動運動，即角運動。

S221、線運動方程：

在地面慣性坐標系中，四旋翼飛行器在合外力作用下的線運動方程為：

其中，m為飛行器質量，g為重力加速度；位置坐標為x、y和z；姿態角θ、φ、ψ分別為俯仰角、滾轉角和偏航角；