[发明专利]一种可拼组飞行器的控制方法

说明书

一种可拼组飞行器的控制方法，所述方法根据飞行器传感器采集的数据，计算出飞行器的姿态信息和位置信息，由水平位置控制器根据期望水平位置与当前水平位置计算出目标欧拉角，姿态控制器根据期望欧拉角和当前欧拉角计算出所需扭矩；高度控制器根据期望高度与当前高度计算出误差推力，并根据期望加速度与当前加速度计算出悬停推力，悬停推力与误差推力求和，得到高度控制的总推力，将扭矩和总推力输入到动力系统，实现对飞行器的控制。本发明采用误差推力与悬停推力相结合的方式来控制飞行器高度，使推力输出依据飞行器实际目标位置快速响应，实现高度自适应控制。该方法解决了飞行器结构、质量、重心变化引起的控制不稳定问题，能够满足教学需要。

技术领域

本发明涉及一种通用性强的飞行器控制方法，适用于各种可拼组飞行器，属于控制技术领域。

背景技术

飞行器是由多种部件组合而成的，例如旋翼飞行器包括电池、电机、控制器、接收机、超声波模块、光流模块、陀螺仪、加速度计、磁罗盘等部件。传统飞行器的结构都是固定不变的，在学校的教学过程中，为了培养学生的动手能力，帮助学生掌握飞行技术，了解飞行器的结构和工作原理，需要让学生接触多种类型、多种形态的飞行器，因此需要配备多种飞行器，这样就增加了教学成本。采用可拼组飞行器(参看图2)可以很好地解决上述问题，可拼组飞行器是将飞行器的各种功能模块通过专用的连接件，以标准连接方式灵活地拼装在一起，通过增减功能模块或改变连接方式即可拼装成不同形态的飞行器，从而大大降低学校的教学成本。但现有的飞行器控制方法都是根据不可变形或不可改变结构的飞行器量身定做的，其通用性极差，不适用于不同结构不同形态的飞行器，主要原因是飞行器的结构和形状发生变化时，其质量、重心也会发生变化，一般的控制方法无法保证飞行器的稳定性。因此，目前急需一种适用范围广的飞行器控制方法，以满足飞行器教学的需要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种可拼组飞行器的控制方法，以提高控制方法的通用性，满足飞行器教学的需要。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种可拼组飞行器的控制方法，所述方法根据飞行器传感器采集的数据，计算出飞行器的姿态信息和位置信息，由水平位置控制器根据飞行器期望水平位置与当前水平位置的差计算出目标欧拉角，姿态控制器根据期望欧拉角和当前欧拉角的差计算出所需扭矩；高度控制器根据期望高度与当前高度的差计算出误差推力，并根据期望加速度与当前加速度的差计算出悬停推力，悬停推力与误差推力求和，得到高度控制的总推力，将扭矩和总推力输入到动力系统，实现对飞行器水平位置和高度的控制。

上述可拼组飞行器的控制方法，所述水平位置控制器的计算方法如下：

从遥控器或上位机获取的飞行器期望水平位置与飞行器当前水平位置的差，经比例环节处理后得到期望水平速度，期望水平速度与当前水平速度的差由PID控制器计算出相应的比例、积分、微分输出量并求和，得到期望水平加速度，最后由姿态矩阵将期望水平加速度转换为目标欧拉角，即期望滚转角，期望俯仰角θ和期望航向角ψ。

上述可拼组飞行器的控制方法，所述高度控制器的计算方法如下：

①计算误差推力：期望高度与当前高度的差通过比例环节形成期望垂直速度，期望垂直速度与飞行器当前垂直速度的差由PID控制器计算出相应的比例、积分、微分输出量并求和，形成误差推力；

②计算悬停推力：期望加速度(可以设定为0)与当前加速度的差由PID控制器计算出相应的比例、积分、微分输出量并求和，得到输出推力增量，推力增量与前一时刻的悬停推力相加，形成悬停推力；

③计算总推力：悬停推力与误差推力求和，得到高度控制的总推力，总推力输入到动力系统，实现对飞行高度的控制。

上述可拼组飞行器的控制方法，所述姿态控制器的计算方法如下：