[发明专利]一种无人机自适应质量补偿控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体而言，本发明涉及一种无人机自适应质量补偿控制方法和系统。

背景技术

无人机是一种由遥控设备或机上程序控制设备控制飞行的不载人飞机。由于其用途广泛，结构简单，效费比优良、无人员伤亡风险，机动性能好，在现在战争中具有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。

然而，现有无人机在应用于军事或民用的监控、勘测等任务时，一般会携带相应的负载来完成以上任务，而负载的质量各不相同，原传统控制方式无法快速实时的辨识出负载的质量，导致无人机在起飞时因拉力不足而出现起飞不平稳的现象以及在无人机飞行过程中负载的突然变化引起无人机飞行不稳定的现象。这种现象会使用户特别是新手操作无人机时，感到恐惧与紧张，如果此时用户操作不当可能引起无人机的坠毁并且极有可能威胁他人的人身安全，影响用户体验。

发明内容

本发明针对现有方式的缺点，提出一种无人机自适应质量补偿控制方法和系统，用以解决现有技术存在的如下问题：在无人机在飞行时或者飞行过程中遇上负载突变而出现飞行不稳定等情况，从而导致用户体验差的问题。

根据本发明的第一个方面，提供了一种无人机自适应质量补偿控制方法，具体包括如下步骤：

实时获取无人机的加速度和高度方向的升力；

建立无人机的高度方向的动力学方程，在该动力学方程的基础上，以重力加速度和高度方向的升力作为测量输入参数，将所述无人机的加速度作为一个变量，设定估计的无人机质量，通过带有遗忘因子的递推最小二乘法，动态辨识出无人机的实时等效重力；

将所述动态辨识出无人机的实时等效重力作为补偿项，与传统PID控制相结合，形成基于重量补偿的PD控制。

进一步的，所述实时获取无人机的加速度和高度方向的升力，是指：在无人机飞行时或者飞行过程中增减负载时，实时获取无人机的加速度和高度方向的升力。

进一步的，所述无人机的加速度由飞行控制系统对惯性传感器的数据经过滤波融合处理后得到。

进一步的，所述高度方向的升力由飞行控制系统计算所得。

进一步的，所述无人机的实时等效重力作为一个未知参数来辨识。

另一方面，本发明提供了一种无人机自适应质量补偿控制系统，所述系统包括数据采集模块、数据处理模块和PID控制模块：

所述数据采集模块，用于实时获取无人机的加速度和高度方向的升力；

所述数据处理模块，用于建立无人机的高度方向的动力学方程，在该动力学方程的基础上，以重力加速度和高度方向的升力作为测量输入参数，将所述无人机的加速度作为一个变量，设定估计的无人机质量，通过带有遗忘因子的递推最小二乘法，动态辨识出无人机的实时等效重力；

所述PID控制模块，用于将所述动态辨识出无人机的实时等效重力作为补偿项，与传统PID控制相结合，形成基于重量补偿的PD控制。

进一步的，所述数据采集模块实时获取无人机的加速度和高度方向的升力，是指：数据采集模块在无人机飞行时或者飞行过程中增减负载时，实时获取无人机的加速度和高度方向的升力。

进一步的，所述无人机的加速度由飞行控制系统对惯性传感器的数据经过滤波融合处理后得到。

进一步的，所述高度方向的升力FZ由飞行控制系统计算所得。

进一步的，所述无人机的实时等效重力作为一个未知参数来辨识。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过带有遗忘因子的递推最小二乘法，动态辨识出无人机的实时等效重力，并将所述动态辨识出无人机的实时等效重力作为补偿项，与传统PID控制相结合，形成基于重量补偿的PD控制，其计算过程简单，且机动性能良好实施方便，对起降条件要求较低，且当无人机在飞行时或者飞行过程中遇上负载突变的情况，本发明可确保无人机持续保持平稳状态，适合搭载自动驾驶仪、航拍相机、待投物资等，平飞状态下，随自身重力的变化可进行重量补偿控制。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为实施例1的一种无人机自适应质量补偿控制方法的示意流程图；

图2为实施例2的一种无人机自适应质量补偿控制系统的结构框图；

图3为实施例1和实施例2的技术应用在无人机中的控制回路框图；

图4为无人机携带负载起飞过程的控制效果图；