[發明專利]一種多旋翼無人機電機傾角及安裝公差約束確定方法

在審

• 申請號: 202010597025.X
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111831001A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 孟晨;蔣元慶
• 申請（專利權）人: 拓攻（南京）機器人有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 竇賢宇

本發明公開了一種多旋翼無人機電機傾角及安裝公差約束確定方法。具體包括如下步驟：步驟1、根據姿態通道控制分配的可控性要求和偏航響應的性能要求制定飛控設計指標；步驟2、根據整機的電機拉力曲線和扭矩曲線以及部分機型參數建立帶有電機傾角的偏航通道動力學模型；步驟3、根據偏航通道動力學模型和飛控設計指標確定電機傾角；步驟4、根據電機傾角和懸停狀態最大電機轉速差設計指標確定傾角安裝公差范圍。通過對電機安裝傾角進行定量確定，從而加快偏航響應，增強偏航抗干擾能力，提升控制品質；減少偏航所需轉速差，提高俯仰和滾轉通道的控制余量。通過確定電機傾角安裝時的公差約束，從而降低電機轉速不平衡的風險，提升飛行控制品質。

技術領域

本發明涉及無人機領域，具體涉及一種多旋翼無人機電機傾角及安裝公差約束確定方法。

背景技術

整機設計中，通常使用增加電機安裝傾角的方法來加快偏航通道響應、減弱控制分配中偏航通道的比重、提高俯仰和滾轉通道的控制余量以及提升姿態控制品質。電機傾角過小，品質提升不明顯；電機傾角過大，則會造成電機拉力損耗，甚至影響俯仰和滾轉通道姿態控制。

現有技術中，技術人員通常根據工作經驗來對無人機上的電機傾角進行調校，而不同的無人機具備不同的約束條件和參數，僅僅通過經驗來調整電機傾角無疑具有很大的不確定性；因此，準確的電機安裝傾角以及公差約束十分重要。

發明內容

發明目的：提出一種電機傾角確定方法，同時考慮到生產安裝誤差，進一步提出電機傾角安裝時的公差約束確定方法，以解決現有技術存在的上述問題。

技術方案：第一方面，本發明提供了一種多旋翼無人機電機傾角的確定方法，包括如下步驟：

步驟1、根據姿態通道控制分配的可控性要求和偏航響應的性能要求制定飛控設計指標，飛控設計指標包括控制分配比例、最大偏航角速度、最大偏航角加速度；

步驟2、根據整機的電機拉力曲線和扭矩曲線以及部分機型參數建立帶有電機傾角的偏航通道動力學模型，偏航通道動力學模型包括如下參數：質量、偏航等效力臂、轉動慣量、軸數；

步驟3、根據偏航通道動力學模型和飛控設計指標確定電機傾角，從而加快偏航響應，增強偏航抗干擾能力，提升控制品質，減少偏航所需轉速差，提高俯仰和滾轉通道的控制余量，提升姿態控制品質。

在進一步的實施例中，步驟3中電機傾角的確定方法進一步包括：

步驟3-1、設定約束條件：偏航控制最大轉速差 %，偏航角加速度；確定滿載懸停單軸所需拉力：

式中，表示滿載懸停單軸所需拉力，表示整機滿載重量，表示軸數；

步驟3-2、根據油門拉力曲線，得此時標準油門為；

步驟3-3、以偏航控制最大轉速差± %作為檢驗標準，正反槳油門向基準油門兩邊各偏離，轉速變化后的如下：

式中，和分別表示向兩側偏離最大值后的油門量，其余各符號含義同上；

步驟3-4、確定電機傾斜時電機拉力在傾斜角度上的分力矩：

式中，表示達到偏航控制轉速差的約束條件所需的電機傾斜角度，表示油門量時對應的電機拉力，表示油門量時對應的電機拉力，表示表示油門量時對應的電機分力矩，表示表示油門量時對應的電機分力矩，表示偏航等效力臂，°表示1rad；

步驟3-5、建立偏航通道動力學模型，即根據上電機產生的反扭矩、總輸出偏航力矩，建立以傾斜角為自變量的函數：