[发明专利]基于PWM波占空比的多旋翼飞行器导航方法

说明书

本发明公开了一种基于PWM波占空比的多旋翼飞行器导航方法，包括以下步骤：S1、通过旋翼台架试验，测试PWM波占空比和旋翼转速、升力、力矩数据，通过数据处理，得到PWM波占空比与旋翼转速、升力、力矩的关系。S2、根据步骤1中PWM波占空比与旋翼转速、升力、力矩的关系，建立多旋翼飞行器动力学方程。S3、根据实际PWM波占空比，解算动力学方程，得到导航信息。本发明所述的基于PWM波占空比的多旋翼飞行器导航方法，通过PWM波占空比，解算多旋翼无人机的动力学方程，获得导航信息。通过该方法实现多旋翼飞行器的自主导航功能。无需外源导航信息和额外硬件设备；原理简单，易于实现；成本低。

技术领域

本发明涉及飞行器设计技术领域，具体地说是一种基于PWM波占空比的多旋翼飞行器导航方法。

背景技术

目前，随着技术的发展，多旋翼飞行器的应用越来越广泛。

多旋翼飞行器在飞行过程中需要导航系统提供导航信息。目前通常使用卫星导航系统(GPS、北斗等)和惯性导航系统等提供导航信息。

卫星导航系统对外源信息的依赖十分严重，并且容易受到天气和地形障碍的干扰，极大地限制了多旋翼飞行器的应用场景。惯性导航需要额外惯性原件进行惯性测量，会增加飞行器重量，不利于旋翼飞行器的轻量化。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于PWM波占空比的多旋翼飞行器导航方法，用于解决现有的卫星导航系统对外源信息的依赖十分严重，并且容易受到天气和地形障碍的干扰，极大地限制了多旋翼飞行器的应用场景的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种基于PWM波占空比的多旋翼飞行器导航方法，包括以下步骤：

S1、通过旋翼台架试验，测试PWM波占空比和旋翼转速、升力、力矩数据，通过数据处理，得到PWM波占空比与旋翼转速、升力、力矩的关系。

S2、根据步骤1中PWM波占空比与旋翼转速、升力、力矩的关系，建立多旋翼飞行器动力学方程。

S3、根据实际PWM波占空比，解算动力学方程，得到导航信息。

作为优选步骤S1中，具体的，单个旋翼产生的升力、力矩分别表示为：

F_i＝f(ω_i) (1)

M_i＝h(ω_i) (2)

式中，ω_i表示第i个旋翼的PWM波占空比，F_i表示第i个旋翼产生的升力，M_i表示第i个旋翼产生的力矩；

旋翼转速Ω表示为

Ω_i＝k(ω_i) (3)。

作为优选步骤S2中，建立多旋翼飞行器动力学方程的具体步骤如下：

S21设定，a、四旋翼飞行器为刚体，机体严格对称；b、质量和重力加速为常值；c、地面坐标系为惯性系；d、忽略地球曲率的影响；e、忽略空气阻力。

S22、四旋翼飞行器在空间的运动需要六个自由度才能完全描述，包括飞行器质心沿着地面惯性坐标系的三个坐标轴的平动位移，即线运动，以及飞行器绕机体坐标系的三个坐标轴的转动运动，即角运动。

S221、线运动方程：

在地面惯性坐标系中，四旋翼飞行器在合外力作用下的线运动方程为：

其中，m为飞行器质量，g为重力加速度；位置坐标为x、y和z；姿态角θ、φ、ψ分别为俯仰角、滚转角和偏航角；