[发明专利]一种基于风速风向传感器的旋翼无人机控制系统及方法

说明书

本发明涉及旋翼无人机控制领域，具体地说是一种基于风速风向传感器的旋翼无人机控制系统及方法，包括：设置在旋翼无人机上的风扰加速度传感系统和加速度反馈控制系统；其中，风扰加速度传感系统包括：风速风向传感器、滤波器、风扰加速度计算模块、通信模块A；风速风向传感器经滤波器与风扰加速度计算模块连接，风扰加速度计算模块与通信模块A连接，并与加速度反馈控制系统无线通信，风扰加速度计算模块接受加速度反馈控制系统检测的旋翼无人机姿态信息，并得到风扰加速度，并将其经通信模块A发送至加速度反馈控制系统。本发明可实现环境风矢量的测量、风扰加速度解算与反馈，并结合风扰信息进行反馈补偿控制，增强系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及旋翼无人机控制领域，具体地说是一种基于风速风向传感器的旋翼无人机控制系统及方法。

背景技术

旋翼无人机能够垂直起降、机动灵活，使用范围不断扩大，除商业消费外，工业环境应用也逐渐增加，因而对其稳定性有着更进一步的要求。但是常规串级控制量由位置环逐层计算并执行，这带来了滞后与不确定性。当外界存在较大风扰动时，这种滞后特性将被串级控制中的积分项进一步放大，需要通过增加抗风扰功能提升其稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种基于风速风向传感器的旋翼无人机控制系统，可实现环境风矢量的测量、风扰加速度解算与反馈，并结合风扰信息进行反馈补偿控制，增强系统的稳定性。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于风速风向传感器的旋翼无人机控制系统，包括：设置在旋翼无人机上的风扰加速度传感系统和加速度反馈控制系统；

其中，所述风扰加速度传感系统包括：风速风向传感器、滤波器、风扰加速度计算模块、通信模块A；

所述风速风向传感器经滤波器与风扰加速度计算模块连接，将检测的风矢量数据经滤波器滤波后发送至风扰加速度计算模块等待处理；

所述风扰加速度计算模块与通信模块A连接，并与加速度反馈控制系统无线通信，所述风扰加速度计算模块接受加速度反馈控制系统检测的旋翼无人机姿态信息，并根据风矢量数据、旋翼无人机姿态信息以及旋翼无人机自身参数，得到风扰加速度，并将得到的风扰加速度经通信模块A发送至加速度反馈控制系统。

所述风速风向传感器为三轴风速计。

所述滤波器为多频滤波器。

所述加速度反馈控制系统，包括：组合导航、PID控制器、动力执行器、补偿控制器以及通信模块B；

所述组合导航，分别与通信模块B和PID控制器连接，用于将姿态信息发送给通信模块B，将获取旋翼无人机当前的位置信息、速度信息、姿态信息与角速度信息发送给PID控制器；

通信模块B与补偿控制器相连，用于将接收到组合导航获取的姿态信息发送通信模块A，并将风扰加速度计算模块解算的风扰加速度信息发送给补偿控制器；

所述补偿控制器，其输入端与通信模块B连接，输出端分别与PID控制器及动力执行器连接，用于接收通信模块B发送的风扰加速度信息，获取当前风扰加速度下的稳态平衡姿态，将此稳态平衡姿态作为补偿控制量发送给PID控制器作为姿态控制前馈；并根据垂直方向风扰加速度计算风扰下的垂向附加受力，得到升力补偿量发送给PID控制器；

PID控制器，与组合导航系统、补偿控制器及动力执行器相连，用于接收组合导航发出的位置信息、速度信息、姿态信息与角速度信息，接收补偿控制器发出的补偿控制量和升力补偿量，发送计算的控制律至动力执行器，实现对旋翼无人机的控制。

所述PID控制器包括位置PID控制器、速度PID控制器、姿态PID控制器以及角速度PID控制器，均与组合导航连接并分别接收位置信息、速度信息、姿态信息与角速度信息；

所述位置PID控制器与速度PID控制器连接，用于生成速度期望发送至速度PID控制器；