一种无人机后坐力控制方法、装置及无人机与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机后坐力控制方法、装置及无人机。


背景技术：

2.无人机在执行任务的过程中会受到多种干扰，尤其是带有发射装置或喷射装置的无人机，其在执行任务的过程中，会受到发射或喷射后坐力的影响，导致无人机失去稳定性，无法有效完成既定任务，甚至于造成无人机失去控制。以带有喷射装置的无人机为例，工作时因为喷射装置产生的后坐力，造成无人机在既定的航线下轴线方向逐渐偏离，同时姿态会产生偏离，使得无人机工作效率降低。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中无人机在受到后坐力时容易偏离既定航线甚至失控的缺陷，从而提供一种无人机后坐力控制方法、装置及无人机。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种无人机后坐力控制方法，包括：
5.实时采集无人机的当前姿态信息；
6.比较所述无人机的当前姿态信息和无人机的预设姿态信息之间的偏差值是否在允许误差范围内；
7.若所述偏差值超出允许误差范围，则根据所述偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；
8.实时采集所述涵道风扇的转速和转向信息；
9.比较在当前时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息和前一时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息之间的偏离度是否在预设范围内；
10.若所述偏离度在预设范围内，则直接生成控制所述涵道风扇的转速和转向的标称控制信号；若所述偏离度不在预设范围内，则通过卡尔曼滤波算法统计前一时间周期采集的所述涵道风扇的转速和转向信息并与当前时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息进行数据拟合后更新标称控制信号，根据所述偏离度的大小和当前的最终控制信号，生成控制所述涵道风扇的转速和转向的第二控制信号。
11.进一步地，在所述实时采集无人机的当前姿态信息的步骤之前还包括：
12.检测是否收到外部指令，若检测到外部指令则进行下一步骤，若未检测到外部指令则继续进行外部指令的检测。
13.进一步地，所述无人机的当前姿态信息包括无人机的当前运动加速度信息、无人机的当前运动角速度信息和无人机的当前所在位置的磁分量信息。
14.进一步地，所述无人机的预设姿态信息包括无人机的预设运动加速度信息、无人机的预设运动角速度信息和无人机的预设所在位置的磁分量信息；所述无人机的预设运动加速度信息为多组无人机的历史运动加速度信息滤掉异常值后求得的加运动速度区间，所
述无人机的预设运动角速度信息为多组无人机的历史运动角速度信息滤掉异常值后求得的运动角速度区间，所述无人机的预设所在位置的磁分量信息为多组无人机的历史所在位置的磁分量信息滤掉异常值后求得的位置磁分量信息区间。
15.进一步地，所述比较所述无人机的当前姿态信息和无人机的预设姿态信息之间的偏差值，若所述偏差值超出允许误差范围，则根据所述偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号的步骤包括：
16.比较无人机的当前加速度信息和无人机的预设加速度信息之间加速度偏差值是否大于
±
1.5m/s2；
17.若加速度偏差值超出
±
1.5m/s2，则根据所述加速度偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；
18.若所述加速度偏差值未超出
±
1.5m/s2，则继续比较无人机的当前角速度信息和无人机的预设角速度信息之间角速度偏差值是否大于
±
0.02rad/s；
19.若所述角速度偏差值超出
±
0.02rad/s，则根据所述角速度偏差值生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；
20.若角速度偏差值未超出
±
0.02rad/s，则继续比较无人机的当前所在位置的磁分量信息和无人机的预设所在位置的磁分量信息之间磁分量偏差值是否大于
±
0.03gauss；
21.若所述磁分量偏差值超出
±
0.03gauss，则根据所述磁分量偏差值生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；
22.若所述磁分量偏差值未超出
±
0.03gauss，则直接执行下一步骤。
23.第二方面，本发明实施例提供了一种无人机后坐力控制装置，应用于无人机，包括：
24.惯性测量模块，用于实时采集无人机的当前姿态信息；
25.涵道风扇，用于对无人机产生第一作用力，所述第一作用力的方向与无人机上的喷射装置产生的后坐力的方向相反；
26.编码器，设置在所述涵道风扇上，用于采集所述涵道风扇的转速信息和转向信息；
27.微控制器，与所述惯性测量模块和所述编码器电连接，包括存储器、处理器以及储存在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的无人机后坐力控制方法。
28.进一步地，所述惯性测量模块包括加速度测量模块、角速度测量模块和电子罗盘。
29.第三方面，本发明实施例提供了一种无人机，包括机体，以及设置在所述机体上的探测装置、飞行控制装置、卫星导航装置、喷射装置和如上所述的后坐力控制装置，所述后坐力控制装置安装在所述喷射装置所在的中心面上；所述后坐力控制装置产生的力与所述喷射装置产生的力方向相反，用于克服所述喷射装置对无人机产生的后坐力。
30.第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上所述的无人机后坐力控制方法。
31.1.本发明技术方案提供的无人机后坐力控制方法，根据无人机当前运动姿态变化，通过调节涵道风扇的运行参数，使涵道风扇产生与后坐力方向相反的力来调节无人机姿态的基础上，进一步结合编码器实时反馈涵道风扇的转速和转向信息并进行数据融合处
理，通过算法处理可以实现对后坐力的精准控制，使得无人机可以保持姿态稳定，提高无人机的工作效率。
32.2.本发明技术方案提供的无人机后坐力控制装置，通过利用涵道风扇产生与后坐力方向相反的作用力，可以克服无人机上喷射装置对无人机产生的后坐力，消除后坐力对无人机航线轨迹的影响。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明实施例一中无人机后坐力控制方法的实现流程图；
35.图2为本发明实施例一中无人机后坐力控制算法的原理图；
36.图3为本发明实施例二中无人机后坐力控制装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
37.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.本技术提供了一种无人机后坐力控制方法及装置，该方法及装置可以应用于各种无人机，无人机包括机体和设置在机体上的探测装置、飞行控制装置、卫星导航装置、喷射装置。其中，后坐力控制装置安装在喷射装置所在的中心面上；后坐力控制装置产生的力与喷射装置产生的力方向相反，用于克服喷射装置对无人机产生的后坐力。
39.参照图1－2，本发明实施例一提供了一种无人机后坐力控制方法，具体包括以下步骤：
40.步骤s10、实时采集无人机的当前姿态信息。
41.在本实施例中，在实时采集无人机的当前姿态信息的步骤之前还包括：检测是否收到外部指令，若检测到外部指令则执行步骤s10，若未检测到外部指令则继续进行外部指令的检测。
42.其中，无人机的当前姿态信息具有包括无人机的当前运动加速度信息、无人机的当前运动角速度信息和无人机的当前所在位置的磁分量信息。无人机的当前姿态信息采用惯性测量装置采集，惯性测量装置包括加速度测量模块、角速度测量模块和电子罗盘。惯性测量装置采集的数据包括xyz三轴的加速度、xyz三轴角速度、xyz三轴磁分量等。按加速度、角速度、磁分量的顺序将x，y，z三轴的数据收集100组，滤掉异常值后各轴数据分别求得标准差，保存为默认参数。
43.步骤s20、比较所述无人机的当前姿态信息和无人机的预设姿态信息之间的偏差值是否在允许误差范围内。
44.在本实施例中，无人机的预设姿态信息包括无人机的预设运动加速度信息、无人机的预设运动角速度信息和无人机的预设所在位置的磁分量信息；无人机的预设运动加速
度信息为多组无人机的历史运动加速度信息滤掉异常值后求得的加运动速度区间，无人机的预设运动角速度信息为多组无人机的历史运动角速度信息滤掉异常值后求得的运动角速度区间，无人机的预设所在位置的磁分量信息为多组无人机的历史所在位置的磁分量信息滤掉异常值后求得的磁分量信息区间。
45.步骤s30、若所述偏差值超出允许误差范围，则根据所述偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号。图2中编码器反馈步骤前一步骤的输出参数计算步骤即为步骤s30，输出参数计算实质为计算输出参数，该输出参数即为控制涵道风扇的运行参数的第一控制信号。
46.在s20－s30的步骤中，比较无人机的当前加速度信息和无人机的预设加速度信息之间加速度偏差值是否大于
±
1.5m/s2；若加速度偏差值超出
±
1.5m/s2，则根据所述加速度偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；若所述加速度偏差值未超出
±
1.5m/s2，则再继续比较无人机的当前角速度信息和无人机的预设角速度信息之间角速度偏差值是否大于
±
0.02rad/s；若所述角速度偏差值超出
±
0.02rad/s，则根据所述角速度偏差值生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；若角速度偏差值未超出
±
0.02rad/s，则继续比较无人机的当前所在位置的磁分量信息和无人机的预设所在位置的磁分量信息之间磁分量偏差值是否大于
±
0.03gauss；若所述磁分量偏差值超出
±
0.03gauss，则根据所述磁分量偏差值生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；若所述磁分量偏差值未超出
±
0.03gauss，则直接执行下一步骤。
47.步骤s40、实时采集所述涵道风扇的转速和转向信息。
48.在本实施例中，具体利用绝对性编码器实时采集涵道风扇的转速信息和转向信息。
49.步骤s50、比较在当前时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息和前一时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息之间的偏离度是否在预设范围内。
50.步骤s60、若所述偏离度在预设范围内，则直接生成控制所述涵道风扇的转速和转向的标称控制信号；若所述偏离度不在预设范围内，则通过卡尔曼滤波算法统计前一时间周期采集的所述涵道风扇的转速和转向信息并与当前时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息进行数据拟合后更新标称控制信号，根据所述偏离度的大小和当前的最终控制信号，生成控制所述涵道风扇的转速和转向的第二控制信号。图2中数据融合处理步骤的后一步骤的控制参数输出实质为输出控制参数，该控制参数即为控制涵道风扇的转速和转向的第二控制信号。
51.这种无人机后坐力控制方法，根据无人机当前运动姿态变化，通过调节涵道风扇的运行参数，使涵道风扇产生与后坐力方向相反的力来调节无人机姿态的基础上，进一步结合编码器实时反馈涵道风扇的转速和转向信息并进行数据融合处理，通过算法处理可以实现对后坐力的精准控制，使得无人机可以保持姿态稳定，提高无人机的工作效率。
52.本发明实施例二提供了一种无人机后坐力控制装置，该装置包括：
53.惯性测量模块，用于实时采集无人机的当前姿态信息；
54.涵道风扇，用于对无人机产生第一作用力，所述第一作用力的方向与无人机上的喷射装置产生的后坐力的方向相反；
55.编码器，设置在所述涵道风扇上，用于采集所述涵道风扇的转速信息和转向信息；
56.微控制器，与所述惯性测量模块和所述编码器电连接，包括存储器、处理器以及储存在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例一所述的无人机后坐力控制方法。
57.这种无人机后坐力控制装置，通过利用涵道风扇产生与后坐力方向相反的作用力，可以克服无人机上喷射装置对无人机产生的后坐力，消除后坐力对无人机航线轨迹的影响。
58.其中，处理器可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
59.存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的无人机后坐力控制方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的无人机后坐力控制方法。
60.存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
61.所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行如图1所示实施例中的无人机后坐力控制方法。
62.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read－only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid－state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
63.本发明实施例三提供了一种无人机，无人机可以包括但不限于机体、探测装置、飞行控制装置、卫星导航装置、喷射装置和上述实施二所述的后坐力装置。
64.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种无人机后坐力控制方法，其特征在于，包括：实时采集无人机的当前姿态信息；比较所述无人机的当前姿态信息和无人机的预设姿态信息之间的偏差值是否在允许误差范围内；若所述偏差值超出允许误差范围，则根据所述偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；实时采集所述涵道风扇的转速和转向信息；比较在当前时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息和前一时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息之间的偏离度是否在预设范围内；若所述偏离度在预设范围内，则直接生成控制所述涵道风扇的转速和转向的标称控制信号；若所述偏离度不在预设范围内，则通过卡尔曼滤波算法统计前一时间周期采集的所述涵道风扇的转速和转向信息并与当前时间点采集的所述涵道风扇的转速和转向信息进行数据拟合后更新标称控制信号，根据所述偏离度的大小和当前的最终控制信号，生成控制所述涵道风扇的转速和转向的第二控制信号。2.根据权利要求1所述的无人机后坐力控制方法，其特征在于，在所述实时采集无人机的当前姿态信息的步骤之前还包括：检测是否收到外部指令，若检测到外部指令则进行下一步骤，若未检测到外部指令则继续进行外部指令的检测。3.根据权利要求1所述的无人机后坐力控制方法，其特征在于，所述无人机的当前姿态信息包括无人机的当前运动加速度信息、无人机的当前运动角速度信息和无人机的当前所在位置的磁分量信息。4.根据权利要求3所述的无人机后坐力控制方法，其特征在于，所述无人机的预设姿态信息包括无人机的预设运动加速度信息、无人机的预设运动角速度信息和无人机的预设所在位置的磁分量信息；所述无人机的预设运动加速度信息为多组无人机的历史运动加速度信息滤掉异常值后求得的加运动速度区间，所述无人机的预设运动角速度信息为多组无人机的历史运动角速度信息滤掉异常值后求得的运动角速度区间，所述无人机的预设所在位置的磁分量信息为多组无人机的历史所在位置的磁分量信息滤掉异常值后求得的位置磁分量信息区间。5.根据权利要求4所述的无人机后坐力控制方法，其特征在于，所述比较所述无人机的当前姿态信息和无人机的预设姿态信息之间的偏差值，若所述偏差值超出允许误差范围，则根据所述偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号的步骤包括：比较无人机的当前加速度信息和无人机的预设加速度信息之间加速度偏差值是否大于
±
1.5m/s2；若加速度偏差值超出
±
1.5m/s2，则根据所述加速度偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；若所述加速度偏差值未超出
±
1.5m/s2，则继续比较无人机的当前角速度信息和无人机的预设角速度信息之间角速度偏差值是否大于
±
0.02rad/s；若所述角速度偏差值超出
±
0.02rad/s，则根据所述角速度偏差值生成控制无人机上
涵道风扇的运行参数的第一控制信号；若角速度偏差值未超出
±
0.02rad/s，则继续比较无人机的当前所在位置的磁分量信息和无人机的预设所在位置的磁分量信息之间磁分量偏差值是否大于
±
0.03gauss；若所述磁分量偏差值超出
±
0.03gauss，则根据所述磁分量偏差值生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；若所述磁分量偏差值未超出
±
0.03gauss，则直接执行下一步骤。6.一种后坐力控制装置，应用于无人机，其特征在于，包括：惯性测量模块，用于实时采集无人机的当前姿态信息；涵道风扇，用于对无人机产生第一作用力，所述第一作用力的方向与无人机上的喷射装置产生的后坐力的方向相反；编码器，设置在所述涵道风扇上，用于采集所述涵道风扇的转速信息和转向信息；微控制器，与所述惯性测量模块和所述编码器电连接，包括存储器、处理器以及储存在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1－5中任一项所述的无人机后坐力控制方法。7.根据权利要求6所述的后坐力控制装置，其特征在于，所述惯性测量模块包括加速度测量模块、角速度测量模块和电子罗盘。8.一种无人机，其特征在于，包括机体，以及设置在所述机体上的探测装置、飞行控制装置、卫星导航装置、喷射装置和如上权利要求6所述的后坐力控制装置，所述后坐力控制装置安装在所述喷射装置所在的中心面上；所述后坐力控制装置产生的力与所述喷射装置产生的力方向相反，用于克服所述喷射装置对无人机产生的后坐力。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1－5中任一项所述的无人机后坐力控制方法。

技术总结
本发明公开了一种无人机后坐力控制方法、装置及无人机，包括实时采集无人机的当前姿态信息；比较无人机的当前姿态信息和无人机的预设姿态信息之间的偏差值大小；根据偏差值的大小生成控制无人机上涵道风扇的运行参数的第一控制信号；实时采集涵道风扇的转速和转向信息；对实时反馈的涵道风扇的转速和转向信息和控制涵道风扇运行参数的第一控制信号进行数据融合处理，生成控制涵道风扇的转速和转向的第二控制信号，根据第二控制信号控制涵道风扇的运行参数以对无人机的后坐力进行调节。该方法在利用涵道风扇产生与后坐力方向相反的力来消除后坐力的基础上，结合编码器实时数据进行融合处理，实现对后坐力的精准控制，使得无人机可以保持姿态稳定。人机可以保持姿态稳定。人机可以保持姿态稳定。


技术研发人员：邵磊 崔亚军 杨兴光 王飞 路建刚 柳艳青 达晓恒
受保护的技术使用者：航天科工仿真技术有限责任公司
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/7/6