[發明專利]一種無人機三維空間運動控制方法及系統

有效

• 申請號: 202111580932.4
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN113961020B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 黃立;張欽彥;林家民;張原藝;王龍;薛源;劉華斌
• 申請（專利權）人: 普宙科技（深圳）有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京集智東方知識產權代理有限公司 11578
• 代理人: 吳倩;龔建蓉

本發明實施例涉及無人機技術領域，具體提供了一種無人機三維空間運動控制方法及系統，方法包括：基于第一算法計算得到無人機在三維空間運動時的三維目標合速度，基于第二算法將三維目標合速度分解為水平目標速度和豎直目標速度，根據所述水平目標速度和豎直目標速度分別對應在水平方向、豎直方向做串級PID控制，以得到無人機驅動電機的控制量，并根據無人機驅動電機的控制量控制無人機向運動目標點A運動。本發明實施例能夠避免因水平方向、豎直方向距離懸殊過大而導致的距離較短的方向先到達目標點、而距離較長的方向后達到目標點的情形出現，同時避免發生無人機撞擊到障礙物的事故發生，以對無人機實現精準的運動控制。

技術領域

本發明實施例涉及無人機技術領域，特別涉及一種無人機三維空間運動控制方法及系統。

背景技術

無人機自動巡檢功能是將無人機作為移動載體運用到工程實際的重要方式，其已經在電網、森林、植保等具體領域得以廣泛應用。而無人機自動巡檢功能主要是依托無人機航跡規劃方式來實現無人機在三維空間的運動控制。

現有的無人機自動巡檢飛行控制中，當無人機需要從當前點（O點）運動到目標點（A點）時，先以O點作為坐標原點建立三維坐標系OXYZ（其中XY為水平面，OZ為豎直方向），然后將向量OA分別投影到水平方向和豎直方向，分別獲取向量OA的水平分量S和豎直分量H，在得到無人機水平目標量S和豎直目標量H后，基于常規PID閉環控制算法，兩個方向控制量會作為控制器的期望給入，然后經過控制器算法生成電機驅動量，根據電機驅動量控制無人機向目標點飛行。由于無人機水平方向和豎直方向控制是相互獨立的，因此，在無人機飛向A點的過程中，水平方向和豎直方向的運動可能會出現偏差，導致無人機在水平方向、豎直方向上不能同時到達A點，導致無法達到預期自動巡檢目的。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種無人機三維空間運動控制方法及系統，以解決目前無人機飛向目標點的過程中，水平方向和豎直方向的運動可能會出現偏差，導致無人機在水平方向、豎直方向上不能同時到達目標點，導致無法達到預期自動巡檢目的的問題。為實現上述目的，本發明實施例提供了如下的技術方案。

第一方面，在本發明提供的一個優選實施方式中，提供了一種無人機三維空間運動控制方法，所述的控制方法包括以下步驟：

在無人機運動過程中，將無人機的實時位置C點到運動目標點A點之間的距離d輸入PID位置環控制器，并基于第一算法計算得到所述無人機在三維空間運動時的三維目標合速度，

基于第二算法將所述三維目標合速度分解為水平目標速度和豎直目標速度，

根據所述水平目標速度和豎直目標速度分別對應在水平方向、豎直方向做串級PID控制，以得到無人機驅動電機的控制量，并根據所述無人機驅動電機的控制量控制無人機向運動目標點A運動。

在本發明提供的一些實施例中，所述第一算法所采用公式如下：

；

其中，分別為PID控制算法的比例、積分、微分系數。

在本發明提供的一些實施例中，所述第二算法所采用的的公式如下：

；

其中，m1為運動距離m在水平方向的投影長度，為運動距離m在豎直方向的投影長度。

在本發明提供的一些實施例中，在所述無人機運動前：所述控制方法還包括以下步驟：

獲取無人機運動的起始位點O點以及運動目標點A點；

以O點作為坐標原點建立三維坐標系OXYZ，其中，XY為水平面，OZ為豎直方向；O點到A點的距離記為預定運動距離m，所述m≠0。