[发明专利]一种旋翼无人机姿态控制方法、装置及无人机

说明书

本发明公开了一种旋翼无人机姿态控制方法、装置及旋翼无人机，涉及无人机技术领域，其中的方法包括：基于飞行空速、飞行攻角以及桨盘气流速度动态调整PID控制器进行PID控制运算的控制系数；根据需要调整的目标姿态角度、当前的实际姿态角度确定姿态角偏差值；向PID控制器输入姿态角偏差值，以使PID控制器根据姿态角偏差值进行PID控制运算。本发明的控制方法、装置及无人机，增益调整值可以随着无人机的速度、角度等参数的变化而改变，通过增益调整值能够动态调节PID控制器的比例、积分和微分单元的控制系数，可以提高无人机姿态调整以及飞行的稳定性，并且能够提高飞行的安全系数、提高用户体验。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机姿态控制方法、装置及旋翼无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。操控者利用遥控终端的控制杆调节旋翼无人机的俯仰角、滚转角姿态以及旋翼的倾斜角度，使无人机获得加速度，也可以通过调节旋翼无人机的旋翼的角度，使得旋翼无人机在俯仰或滚转姿态不变的情况下实现纵向和横侧向飞行。目前，在对旋翼无人机的姿态进行控制时，旋翼无人机的姿态控制回路计算期望的姿态角与通过航姿参考系统解算得到的无人机的姿态角的差值，将此差值作为地面坐标系下姿态角偏差，并经过比例控制器得到地面坐标系下期望的姿态调整角速率，采用此姿态调整角速率调整姿态角度。

目前，旋翼无人机姿态控制通常为PID控制器采用比例-积分-微分控制方法，或者称为PID控制方法调整姿态角度。PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，PID控制算法的原理如图1所示，PID控制算法为u_t为控制输出量，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_d为微分系数，e_t姿态角偏差值。如图2所示，PID控制器对旋翼无人机的姿态角度(滚转或者俯仰)进行控制，控制目标是使得旋翼无人机能够调整到目标姿态角度。PID控制器为通用的控制器，没有考虑旋翼飞行器的动力学特征，在某些情况下会使得无人机出现高度突然增高等现象。例如，当旋翼无人机前向加速、然后突然减速刹车时，高度将会上升，高度升上的主要原因是角度控制器的感度增益没有及时地根据飞机在前进和刹车两个状态下螺旋桨效率不同而改变。在PID控制器进行控制的过程中出现的无人机高度产生剧烈变化等现象，影响了无人机的可靠性和稳定性，并且降低了用户体验。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种旋翼无人机姿态控制方法、装置及旋翼无人机。

根据本发明的一个方面，提供一种旋翼无人机姿态控制方法，包括：基于飞行空速、飞行攻角以及桨盘气流速度动态调整PID控制器进行PID控制运算的控制系数；根据需要调整的目标姿态角度、当前的实际姿态角度确定姿态角偏差值；向所述PID控制器输入所述姿态角偏差值，以使所述PID控制器根据所述姿态角偏差值进行PID控制运算，将无人机的姿态角度调整到所述目标姿态角度。

可选地，所述基于飞行空速、飞行攻角以及桨盘气流速度动态调整PID控制器进行PID控制运算的控制系数包括：实时获取所述飞行空速并确定所述飞行攻角；基于所述飞行空速和所述飞行攻角确定所述桨盘气流速度；根据所述基于飞行空速、飞行攻角以及所述桨盘气流速度确定增益调整值；通过所述增益调整值调整所述控制系数。

可选地，所述根据所述增益调整系数调整所述控制系数包括：将预设的控制系数与所述增益调整值相乘，获得当前进行PID控制运算的控制系数；其中，所述控制系数为比例系数、微分系数和积分系数中的一个或多个。

可选地，确定所述飞行攻角

α＝ar cos(cosφ*cosθ)；

其中，φ为无人机当前的俯仰角，θ为无人机当前的滚转角。