[发明专利]动力系统控制分配方法及相关装置

权利要求书

1.一种动力系统控制分配方法，其特征在于，应用于多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括多个动力系统，所述方法包括：

获取多个虚拟控制量；

利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量，其中，多个预设最大虚拟控制量是通过获取所有动力系统的实际输出在时间步长内产生的多个最大力矩，并分别乘以预设安全系数得到的；多个最大力矩包括最大滚转力矩、最大俯仰力矩、最大偏航力矩和最大拉力；

根据每个动力系统的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵；

利用所述控制分配矩阵，将所述多个限幅控制量转换为每个动力系统的虚拟控制指令；

对每个动力系统的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力系统的限幅控制指令。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个预设最大虚拟控制量是通过获取所有动力系统的实际输出在时间步长内产生的多个最大力矩，并分别乘以预设安全系数得到的。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量的步骤，包括：

从虚拟控制量与对应的预设最大虚拟控制量中确定较小的一个作为该虚拟控制量对应的限幅控制量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个动力系统的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵的步骤，包括：

获取每个动力系统的力学模型和安装位置，其中，所述力学模型包括一阶惯性时间常数；

利用预设的优化目标和约束条件，对所述多旋翼飞行器的悬停状态进行优化，得到每个动力系统对应的悬停控制指令；

根据每个动力系统对应的悬停控制指令，估算出该动力系统产生的控制力矩；

根据每个动力系统的控制力矩和一阶惯性时间常数，确定出所述控制分配矩阵。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对每个动力系统的虚拟控制指令进行限幅，得到限幅控制指令的步骤，包括：

获取所述多旋翼飞行器的期望控制力矩；

将所述期望控制力矩输入所述控制分配矩阵，得到每个动力系统的实际控制指令；

将所述实际控制指令和所述虚拟控制指令相减，得到每个动力系统的控制指令变化率；

利用预设的最大控制指令变化率和每个动力系统的控制指令变化率，对每个动力系统的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力系统的限幅控制指令。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用预设的最大控制指令变化率，对每个动力系统的控制指令变化率进行限幅，得到每个动力系统的限幅控制指令的步骤，包括：

将每个动力系统的控制指令变化率均与最大控制指令变化率进行对比；

若任意一个动力系统的控制指令变化率大于最大控制指令变化率，则该动力系统的限幅控制指令为该动力系统的虚拟控制指令叠加最大控制指令变化率与时间步长的乘积；

若任意一个动力系统的控制指令变化率小于最大控制指令变化率，则该动力系统的限幅控制指令为该动力系统的虚拟控制指令。

7.一种动力系统控制分配装置，其特征在于，应用于多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括多个动力系统，所述装置包括：

虚拟控制量获取模块，用于获取多个虚拟控制量；

第一限幅模块，用于利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量，其中，多个预设最大虚拟控制量是通过获取所有动力系统的实际输出在时间步长内产生的多个最大力矩，并分别乘以预设安全系数得到的；多个最大力矩包括最大滚转力矩、最大俯仰力矩、最大偏航力矩和最大拉力；

控制分配矩阵确定模块，用于根据每个动力系统的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵；

转换模块，用于利用所述控制分配矩阵，将所述多个限幅控制量转换为每个动力系统的虚拟控制指令；

第二限幅模块，用于对每个动力系统的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力系统的限幅控制指令。