[发明专利]一种无人机三维空间运动控制方法及系统

说明书

本发明实施例涉及无人机技术领域，具体提供了一种无人机三维空间运动控制方法及系统，方法包括：基于第一算法计算得到无人机在三维空间运动时的三维目标合速度，基于第二算法将三维目标合速度分解为水平目标速度和竖直目标速度，根据所述水平目标速度和竖直目标速度分别对应在水平方向、竖直方向做串级PID控制，以得到无人机驱动电机的控制量，并根据无人机驱动电机的控制量控制无人机向运动目标点A运动。本发明实施例能够避免因水平方向、竖直方向距离悬殊过大而导致的距离较短的方向先到达目标点、而距离较长的方向后达到目标点的情形出现，同时避免发生无人机撞击到障碍物的事故发生，以对无人机实现精准的运动控制。

技术领域

本发明实施例涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机三维空间运动控制方法及系统。

背景技术

无人机自动巡检功能是将无人机作为移动载体运用到工程实际的重要方式，其已经在电网、森林、植保等具体领域得以广泛应用。而无人机自动巡检功能主要是依托无人机航迹规划方式来实现无人机在三维空间的运动控制。

现有的无人机自动巡检飞行控制中，当无人机需要从当前点（O点）运动到目标点（A点）时，先以O点作为坐标原点建立三维坐标系OXYZ（其中XY为水平面，OZ为竖直方向），然后将向量OA分别投影到水平方向和竖直方向，分别获取向量OA的水平分量S和竖直分量H，在得到无人机水平目标量S和竖直目标量H后，基于常规PID闭环控制算法，两个方向控制量会作为控制器的期望给入，然后经过控制器算法生成电机驱动量，根据电机驱动量控制无人机向目标点飞行。由于无人机水平方向和竖直方向控制是相互独立的，因此，在无人机飞向A点的过程中，水平方向和竖直方向的运动可能会出现偏差，导致无人机在水平方向、竖直方向上不能同时到达A点，导致无法达到预期自动巡检目的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种无人机三维空间运动控制方法及系统，以解决目前无人机飞向目标点的过程中，水平方向和竖直方向的运动可能会出现偏差，导致无人机在水平方向、竖直方向上不能同时到达目标点，导致无法达到预期自动巡检目的的问题。为实现上述目的，本发明实施例提供了如下的技术方案。

第一方面，在本发明提供的一个优选实施方式中，提供了一种无人机三维空间运动控制方法，所述的控制方法包括以下步骤：

在无人机运动过程中，将无人机的实时位置C点到运动目标点A点之间的距离d输入PID位置环控制器，并基于第一算法计算得到所述无人机在三维空间运动时的三维目标合速度，

基于第二算法将所述三维目标合速度分解为水平目标速度和竖直目标速度，

根据所述水平目标速度和竖直目标速度分别对应在水平方向、竖直方向做串级PID控制，以得到无人机驱动电机的控制量，并根据所述无人机驱动电机的控制量控制无人机向运动目标点A运动。

在本发明提供的一些实施例中，所述第一算法所采用公式如下：

；

其中，分别为PID控制算法的比例、积分、微分系数。

在本发明提供的一些实施例中，所述第二算法所采用的的公式如下：

；

其中，m1为运动距离m在水平方向的投影长度，为运动距离m在竖直方向的投影长度。

在本发明提供的一些实施例中，在所述无人机运动前：所述控制方法还包括以下步骤：

获取无人机运动的起始位点O点以及运动目标点A点；

以O点作为坐标原点建立三维坐标系OXYZ，其中，XY为水平面，OZ为竖直方向；O点到A点的距离记为预定运动距离m，所述m≠0。