CN107310716A - 飞行器自动降落的控制系统及方法 - Google Patents

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CN107310716A CN201610266653.3A CN201610266653A CN107310716A CN 107310716 A CN107310716 A CN 107310716A CN 201610266653 A CN201610266653 A CN 201610266653A CN 107310716 A CN107310716 A CN 107310716A
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赵国栋
杨建军
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Zerotech Beijing Intelligence Robot Co Ltd
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    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]
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Abstract

本发明实施例提出一种飞行器自动降落的控制系统及方法，该飞行器自动降落的控制方法包括：采集飞行器的第一环境数据和飞行速度；依据飞行器的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置；依据所述控制量输出动力以使飞行器执行降落动作。本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制系统及方法可以使飞行器在外部飞行环境或者飞行器内部状态环境发生变化而不满足继续飞行的情况下，实现飞行器的自动降落，而不致于让飞行器坠毁，保证了飞行器的飞行安全。

Description

飞行器自动降落的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及飞行器控制系统领域，具体而言，涉及一种飞行器自动降落的控制系统及方法。
背景技术
现有的无人飞行器一般是由操作人员通过遥控装置来控制，完成无人飞行器的起飞、降落、悬停、飞行等动作。然而，当外部飞行环境或者无人飞行器内部状态环境发生变化，而不满足无人飞行器继续飞行的条件时，现有的无人飞行器不能及时响应处理，依然按照正常的飞行条件来处置，从而导致无人飞行器失去控制，最终由于动力耗尽而坠落，造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞行器自动降落的控制系统及方法，以使飞行器在外部飞行环境或者飞行器内部状态环境发生变化而不满足继续飞行的情况下，实现飞行器的自动降落。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种飞行器自动降落的控制系统，所述飞行器自动降落的控制系统包括：数据传感器，用于采集飞行器的第一环境数据和飞行速度；飞行控制装置，用于依据飞行器的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置；动力装置，用于依据所述控制量输出动力以使飞行器执行降落动作。
第二方面，本发明实施例还提供了一种飞行器自动降落的控制方法，所述飞行器自动降落的控制方法包括：采集飞行器的第一环境数据和飞行速度；依据飞行器的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置；依据所述控制量输出动力以使飞行器执行降落动作。
本发明实施例提供的一种飞行器自动降落的控制系统及方法，通过采集飞行器的第一环境数据和飞行速度；依据飞行器的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置；依据所述控制量输出动力以使飞行器执行降落动作。如此，可以使飞行器在外部飞行环境或者飞行器内部状态环境发生变化而不满足继续飞行的情况下，实现飞行器的自动降落，而不致于让飞行器坠毁，保证了飞行器的飞行安全。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制系统的应用环境示意图；
图2示出了本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制系统的框图；
图3示出了本发明一实施例提供的飞行器自动降落的控制系统的飞行控制装置的框图；
图4示出了本发明另一实施例提供的飞行器自动降落的控制系统的飞行控制装置的框图；
图5示出了本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制方法的流程图；
图6示出了本发明一实施例提供的飞行控制装置的控制方法的流程图；
图7示出了本发明另一实施例提供的飞行控制装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，是本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制系统100的应用环境示意图。在本发明实施例中，遥控装置200可以通过无线网络400控制飞行器300的起飞、悬停等动作，本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制系统100可设置于飞行器300，在飞行器300的外部飞行环境或者飞行器300的内部状态环境发生变化而不满足继续飞行的情况下，飞行器自动降落的控制系统100可以实现飞行器300的自动降落而不需要通过遥控装置200进行控制。在本发明实施例中，飞行器300优选为无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)。
第一实施例
请参阅图2，本发明第一实施例提供的飞行器自动降落的控制系统100包括：数据传感器110、飞行控制装置120以及动力装置130。
该数据传感器110用于采集飞行器300的第一环境数据和飞行速度。
在本实施例中，数据传感器110可以为光流传感器、电压传感器、电量传感器、温度传感器、地磁传感器、陀螺传感器、加速度传感器、高度传感器及GPS传感器其中至少之一。飞行器300的第一环境数据可以为飞行器300的外部飞行环境数据或者飞行器300的内部状态环境数据，飞行器300的外部飞行环境数据包括但不限于：飞行器300所处的气压高度、经纬度、海拔高度、图像数据等，飞行器300的内部状态环境数据包括但不限于：动力装置130的电池的工作电压、动力装置130的电池的剩余电量、飞行控制装置120的电路板的工作温度、飞行器300的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据等。
例如，光流传感器可以用于采集飞行器的图像数据和高度数据，并依据图像数据和高度数据计算光流速度数据及置信度，光流速度数据包含了与飞行器300的运动速度相关的信息，置信度可以用于衡量光流速度数据的可信度，置信度的范围为0％-100％。电压传感器可以用于采集动力装置130的电池的工作电压。电量传感器可以用于采集动力装置130的电池的剩余电量。温度传感器可以用于采集飞行控制装置120的电路板的工作温度。地磁传感器可以用于采集三轴磁场数据。陀螺传感器可以用于采集三轴陀螺数据，加速度传感器可以用于采集三轴加速度数据。高度传感器可以包括超声波传感器或者气压计，可以用于采集飞行器300的气压高度。GPS传感器可以用于采集飞行器300的经纬度、海拔高度。
进一步地，在本发明实施例中，数据传感器110还包括飞行速度采集单元，该飞行速度采集单元用于采集飞行器300的飞行速度。通常，该飞行速度采集单元可通过GPS传感器实现。另外，飞行速度还可以通过加速度计采集加速度，并对加速度进行积分运算而间接获得。
该飞行控制装置120用于依据飞行器300的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置130。
在本发明实施例中，飞行器300上电后，飞行控制装置120读取遥控装置200的遥控数据，执行初始化遥控指令，控制动力装置130处于待机状态，同时监测数据传感器110采集的实时环境数据；遥控装置200发出起飞指令，飞行控制装置120读取遥控装置200的起飞指令，执行飞行控制算法，控制动力装置130输出动力；飞行控制装置120控制飞行器300正常飞行。在飞行器300的飞行过程中，飞行控制装置120实时监测数据传感器110采集的第一环境数据和飞行速度。
请参阅图3，飞行控制装置120可以包括：设定模块121、判断模块122以及执行模块123。
设定模块121可以用于设定一预设的阈值。
具体的，在飞行器300上电后、起飞前，飞行控制装置120设定数据传感器110采集的数据的阈值；例如设定飞行控制装置120的电路板的工作温度的阈值。
判断模块122可以用于判断飞行器300的第一环境数据是否超出所述预设的阈值。
具体的，在飞行器300的飞行过程中，将采集到的飞行器300的第一环境数据与预设的阈值进行比较，例如，在飞行器300的飞行过程中，将飞行控制装置120的电路板的工作温度与预设的阈值进行比较，判断飞行控制装置120的电路板的工作温度是否超出了预设的阈值范围。
执行模块123可以用于当飞行器300的第一环境数据超出所述预设的阈值时，依据飞行器300的飞行速度计算出控制量。
具体的，当飞行器300的第一环境数据超出预设的阈值时，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测由飞行速度采集单元采集的飞行器300的飞行速度，并由执行模块123依据飞行速度计算出控制量，具体过程如下：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行比例-积分-微分控制器(PID)自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。
请参阅图4，在本发明实施例中，飞行控制装置120还可以包括预处理模块124，用于对所述飞行器的第一环境数据进行预处理。例如，依据动力装置130的电池的工作电压计算出该电压与电池的满电电压的比值，依据动力装置130的电池的剩余电量计算出该剩余电量与电池的满电电量的比值，依据飞行器300起飞后的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据计算出的角度偏差与依据飞行器起飞前的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据计算出的角度偏差的差值，依据飞行器起飞后的海拔高度与气压高度的差值、以及飞行器起飞前的海拔高度与气压高度的差值以计算二者之差等等。然后，由判断模块122判断经过预处理的所述飞行器300的第一环境数据是否超出预设的阈值，最后当经过预处理的所述飞行器300的第一环境数据超出预设的阈值时，由执行模块123依据飞行器300的飞行速度计算出控制量并发送给动力装置130。
该动力装置130用于依据所述控制量Pwm输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本发明实施例中，动力装置130依据飞行控制装置120发送的控制量Pwm输出动力。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面。若飞行器300触地时的实际下降速度Vr＝0m/s，飞行控制装置120则关闭动力装置130的动力输出，自动降落完成；若飞行器300触地时的实际下降速度Vr≠0m/s，则由飞行控制装置120的执行模块123继续执行控制算法以计算出控制量Pwm并发送给动力装置130，以控制动力装置130的输出动力，直至飞行器300触地时的实际下降速度Vr＝0m/s。
第二实施例
请参阅图5，本发明第二实施例提供的飞行器自动降落的控制方法包括以下步骤：
步骤S1，采集飞行器300的第一环境数据和飞行速度。
在本实施例中，步骤S1可以由飞行器自动降落的控制系统100的数据传感器110执行。数据传感器110可以为光流传感器、电压传感器、电量传感器、温度传感器、地磁传感器、陀螺传感器、加速度传感器、高度传感器、GPS传感器其中至少之一。飞行器300的第一环境数据可以为飞行器300的外部飞行环境数据或者飞行器300的内部状态环境数据，飞行器300的外部飞行环境数据包括但不限于：飞行器300所处的气压高度、经纬度、海拔高度、图像数据等，飞行器300的内部状态环境数据包括但不限于：动力装置130的电池的工作电压、动力装置130的电池的剩余电量、飞行控制装置120的电路板的工作温度、飞行器300的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据等。
例如，光流传感器可以用于采集飞行器的图像数据和高度数据，并依据图像数据和高度数据计算光流速度数据及置信度，光流速度数据包含了与飞行器300的运动速度相关的信息，置信度可以用于衡量光流速度数据的可信度，置信度的范围为0％-100％。电压传感器可以用于采集动力装置130的电池的工作电压。电量传感器可以用于采集动力装置130的电池的剩余电量。温度传感器可以用于采集飞行控制装置120的电路板的工作温度。地磁传感器可以用于采集三轴磁场数据。陀螺传感器可以用于采集三轴陀螺数据，加速度传感器可以用于采集三轴加速度数据。高度传感器可以包括超声波传感器或者气压计，可以用于采集飞行器300的气压高度。GPS传感器可以用于采集飞行器300的经纬度、飞行速度以及海拔高度等数据。另外，还可以通过飞行速度采集单元采集飞行器300的飞行速度，通常，该飞行速度采集单元可通过GPS传感器实现。或者还可以利用加速度计采集加速度，并对加速度进行积分运算而间接获得飞行速度。
步骤S2，依据飞行器300的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置130。
在本发明实施例中，步骤S2可以由飞行器自动降落的控制系统100的飞行控制装置120执行。请参阅图6，具体包括以下步骤：
步骤S201，设定一预设的阈值。
具体的，步骤S201可以由飞行控制装置120的设定模块121执行。在飞行器300上电后、起飞前，飞行控制装置120设定数据传感器110采集的数据的阈值；例如设定飞行控制装置120的电路板的工作温度的阈值。
步骤S202，判断飞行器300的第一环境数据是否超出所述预设的阈值。
具体的，步骤S202可以由飞行控制装置120的判断模块122执行。在飞行器300的飞行过程中，将采集到的飞行器300的第一环境数据与预设阈值进行比较，例如，在飞行器300的飞行过程中，将飞行控制装置120的电路板的工作温度与预设的阈值进行比较，判断飞行控制装置120的电路板的工作温度是否超出了预设的阈值范围。
步骤S203，当飞行器300的第一环境数据超出所述预设的阈值时，依据飞行器300的飞行速度计算出控制量。
具体的，步骤S203可以由飞行控制装置120的执行模块123执行。当飞行器300的第一环境数据超出所述预设的阈值时，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测由飞行速度采集单元采集的飞行器300的飞行速度，并由执行模块123依据飞行器300的飞行速度计算出控制量，具体过程如下：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行比例-积分-微分控制器(Proportion Integral Differential coefficient，PID)自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。
请参阅图7，在本发明实施例中，还可以包括步骤S204：对所述飞行器的第一环境数据进行预处理，该步骤S204可以由预处理模块124执行。例如，依据动力装置130的电池的工作电压计算出该电压与电池的满电电压的比值，依据动力装置130的电池的剩余电量计算出该剩余电量与电池的满电电量的比值，依据飞行器300起飞后的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据计算出的角度偏差与依据飞行器起飞前的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据计算出的角度偏差的差值，依据飞行器起飞后的海拔高度与气压高度的差值、以及飞行器起飞前的海拔高度与气压高度的差值以计算二者之差等等。然后，执行步骤S205：由判断模块122判断经过预处理的所述飞行器300的第一环境数据是否超出所述预设的阈值，最后，执行步骤S206：当经过预处理的所述飞行器300的第一环境数据超出所述预设的阈值时，由执行模块123依据所述飞行器300的飞行速度计算出控制量并发送给动力装置130。执行模块123依据所述飞行器300的飞行速度计算控制量的方法可以与上述步骤S203中的方法一致，在此不再赘述。
步骤S3，依据所述控制量Pwm输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本发明实施例中，步骤S3可以由飞行器自动降落的控制系统100的动力装置130执行。动力装置130根据飞行控制装置120发送的控制量Pwm输出动力。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面。若飞行器300触地时的实际下降速度Vr＝0m/s，飞行控制装置120则关闭动力装置的动力输出，自动降落完成；若飞行器300触地时的实际下降速度Vr≠0m/s，则由飞行控制装置120的执行模块继续执行控制算法以计算出控制量Pwm并发送给动力装置130，以控制动力装置130的输出动力，直至飞行器300触地时的实际下降速度Vr＝0m/s。
需要说明的是，本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制方法可以由硬件、软件、或者其结合来实现，而不仅局限于本发明实施例提供的飞行器自动降落的控制系统。
第三实施例
本实施例示出了本发明依据光流传感器的数据实施的飞行器自动降落的控制方法。包括以下步骤：
步骤S11，采集飞行器300的图像数据及高度数据。
在本实施例中，步骤S11可以由光流传感器执行。飞行器300在飞行中，处于正常工作状态，光流传感器采集图像数据及高度数据，并经过分析计算输出光流速度数据及置信度，光流速度数据包含了与飞行器300的运动速度相关的信息，置信度的范围为0％到100％。光流传感器输出的光流速度数据的可信度是不一样的，置信度可以作为衡量光流速度数据可信度的一个指标。
步骤S12，判断依据图像数据及高度数据计算出的置信度是否超出一预设的阈值。
在本实施例中，步骤S12可以由飞行控制装置120的判断模块122执行。飞行控制装置120的设定模块121预先对光流传感器的置信度设定一阈值(例如本实施例中的置信度＞10)，并在飞行器300的飞行过程中实时读取光流传感器的置信度。如果置信度大于10，则认为光流速度数据准确，可以判定飞行器300处于正常飞行状态；如果置信度小于等于10，则置信度超出了阈值范围，光流速度数据不准确，可以判定飞行器300处于非正常飞行状态，飞行控制装置120需要控制飞行器300进行自动降落。
步骤S13，当置信度超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
在本实施例中，步骤S13可以由飞行控制装置120的执行模块123执行。执行模块123依据飞行器300的飞行速度计算出控制量，计算控制量的详细过程如下：首先，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测飞行器300的飞行速度，并由执行模块123计算前后两次速度的偏差：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行PID自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。并将控制量Pwm发送至动力装置130。
步骤S14，依据所述控制量输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本实施例中，步骤S14可以由动力装置130执行。动力装置130接收到控制量Pwm并按照控制量Pwm输出动力，调整实际下降速度Vr为目标下降速度Vt。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面，关闭动力装置130的动力输出，自动降落完成。
第四实施例
本实施例示出了本发明依据电压传感器的数据实施的飞行器自动降落的控制方法。包括以下步骤：
步骤S21，采集飞行器300的动力电池的工作电压Vc。
在本实施例中，步骤S21可以由电压传感器执行。飞行器300在飞行中，处于正常工作状态，电压传感器实时采集动力电池的工作电压Vc。
步骤S22，对动力电池的工作电压Vc进行预处理。
在本实施例中，步骤S22可以由飞行控制装置120的预处理模块124执行。对动力电池的工作电压Vc进行预处理包括：依据动力电池的工作电压Vc，计算其与动力电池的满电电压V的比值Pv＝Vc/V。
步骤S23，判断动力电池的工作电压Vc与动力电池的满电电压V的比值Pv＝Vc/V是否超出一预设的阈值。
在本实施例中，步骤S23可以由飞行控制装置120的判断模块122执行。飞行控制装置120的设定模块121预先对动力电池的工作电压Vc与动力电池的满电电压V的比值Pv＝Vc/V设定一阈值(例如本实施例中的比值Pv＞85％)，在飞行器300的飞行过程中实时读取电压传感器采集的动力电池的工作电压Vc，并计算出比值Pv＝Vc/V。如果Pv＞85％，则可以判定动力电池的电量足以支持飞行器300正常飞行；若Pv≤85％，则可以判定动力电池的电量不足以支持飞行器300正常飞行，飞行控制装置120需要控制飞行器300进行自动降落。
步骤S24，当动力电池的工作电压Vc与动力电池的满电电压V的比值Pv＝Vc/V超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
在本实施例中，步骤S24可以由飞行控制装置120的执行模块123执行。执行模块123依据飞行器的飞行速度计算出控制量，计算控制量的详细过程如下：首先，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测飞行器300的飞行速度，并由执行模块123计算前后两次速度的偏差：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行PID自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。并将控制量Pwm发送至动力装置130。
步骤S25，依据所述控制量输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本实施例中，步骤S25可以由动力装置130执行。动力装置130接收到控制量Pwm并按照控制量Pwm输出动力，调整实际下降速度Vr为目标下降速度Vt。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面，关闭动力装置130的动力输出，自动降落完成。
第五实施例
本实施例示出了本发明依据电量传感器的数据实施的飞行器自动降落的控制方法。包括以下步骤：
步骤S31，采集飞行器300的动力电池的剩余电量Cc。
在本实施例中，步骤S31可以由电量传感器执行。飞行器300在飞行中，处于正常工作状态，电量传感器实时采集动力电池的剩余电量Cc。
步骤S32，对动力电池的剩余电量Cc进行预处理。
在本实施例中，步骤S32可以由飞行控制装置120的预处理模块124执行。对动力电池的剩余电量Cc进行预处理包括：依据动力电池的剩余电量Cc，计算其与动力电池的满电电量C的比值Pc＝Cc/C。
步骤S33，判断动力电池的剩余电量Cc与动力电池的满电电量C的比值Pc＝Cc/C是否超出一预设的阈值。
在本实施例中，步骤S33可以由飞行控制装置120的判断模块122执行。飞行控制装置120的设定模块121预先对动力电池的剩余电量Cc与动力电池的满电电压C的比值Pc＝Cc/C设定一阈值(例如本实施例中的比值Pc＞15％)，在飞行器300的飞行过程中实时读取电压传感器采集的动力电池的剩余电量Cc，并计算出比值Pc＝Cc/C。如果Pc＞15％，则可以判定动力电池的电量足以支持飞行器300正常飞行；若Pc≤15％，则可以判定动力电池的电量不足以支持飞行器300正常飞行，飞行控制装置120需要控制飞行器300进行自动降落。
步骤S34，当动力电池的剩余电量Cc与动力电池的满电电量C的比值Pc＝Cc/C超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
在本实施例中，步骤S34可以由飞行控制装置120的执行模块123执行。执行模块123依据飞行器300的飞行速度计算出控制量，计算控制量的详细过程如下：首先，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测飞行器300的飞行速度，并由执行模块123计算前后两次速度的偏差：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行PID自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。并将控制量Pwm发送至动力装置130。
步骤S35，依据所述控制量输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本实施例中，步骤S35可以由动力装置130执行。动力装置130接收到控制量Pwm并按照控制量Pwm输出动力，调整实际下降速度Vr为目标下降速度Vt。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面，关闭动力装置130的动力输出，自动降落完成。
第六实施例
本实施例示出了本发明依据温度传感器的数据实施的飞行器自动降落的控制方法。包括以下步骤：
步骤S41，采集飞行控制装置120的电路板的温度T。
在本实施例中，步骤S41可以由温度传感器执行。飞行器300在飞行中，处于正常工作状态，温度传感器实时采集飞行控制装置120的电路板的温度T。
步骤S42，判断飞行控制装置120的电路板的温度T是否超出一预设的阈值。
在本实施例中，步骤S42可以由飞行控制装置120的判断模块122执行。飞行控制装置120的设定模块121预先对飞行控制装置120的电路板的温度T设定一阈值(例如本实施例中的T＜85℃)，在飞行器300的飞行过程中实时读取飞行控制装置120的电路板的温度T。如果T＜85℃，则可以判定飞行控制装置120的电路板的温度T处于阈值范围内，飞行器300可以正常飞行；若T≥85℃，则可以判定飞行控制装置120的电路板的温度T超出了阈值范围，飞行器300不能正常飞行，飞行控制装置120需要控制飞行器300进行自动降落。
步骤S43，当飞行控制装置120的电路板的温度T超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
在本实施例中，步骤S43可以由飞行控制装置120的执行模块123执行。执行模块123依据飞行器的飞行速度计算出控制量，计算控制量的详细过程如下：首先，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测飞行器300的飞行速度，并由执行模块123计算前后两次速度的偏差：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行PID自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。并将控制量Pwm发送至动力装置130。
步骤S44，依据所述控制量输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本实施例中，步骤S44可以由动力装置130执行。动力装置130接收到控制量Pwm并按照控制量Pwm输出动力，调整实际下降速度Vr为目标下降速度Vt。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面，关闭动力装置130的动力输出，自动降落完成。
第七实施例
本实施例示出了本发明依据地磁传感器、陀螺传感器、加速度传感器的数据实施的飞行器自动降落的控制方法。包括以下步骤：
步骤S51，采集飞行器300起飞前的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据，以及飞行器300起飞后的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据。
在本实施例中，步骤S51可以由地磁传感器、陀螺传感器以及加速度传感器的执行。在飞行器300起飞前，地磁传感器、陀螺传感器以及加速度传感器分别采集三轴磁场数据(Mx0，My0，Mz0)、三轴陀螺数据(Px0，Py0，Pz0)、以及三轴加速度数据(Gx0，Gy0，Gz0)。在飞行器300起飞后，处于正常工作状态，地磁传感器、陀螺传感器以及加速度传感器分别采集三轴磁场数据(Mx1，My1，Mz1)、三轴陀螺数据(Px1，Py1，Pz1)、以及三轴加速度数据(Gx1，Gy1，Gz1)。
步骤S52，对飞行器300起飞前的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据，以及飞行器300起飞后的三轴磁场数据、三轴陀螺数据、三轴加速度数据进行预处理。
在本实施例中，步骤S52可以由飞行控制装置120的预处理模块124执行。
飞行器300在起飞前，飞行控制装置120的预处理模块124读取地磁传感器的三轴磁场数据(Mx0，My0，Mz0)、陀螺传感器的三轴陀螺数据(Px0，Py0，Pz0)、加速度传感器的三轴加速度数据(Gx0，Gy0，Gz0)，由三轴磁场数据(Mx0，My0，Mz0)计算出飞行器300的机头与正北方向的夹角YM0，由陀螺传感器的三轴陀螺数据(Px0，Py0，Pz0)和加速度传感器的三轴加速度数据(Gx0，Gy0，Gz0)经过姿态解算，计算出飞行器300的机头与正北方向的夹角YG0，并计算角度偏差YE0＝YG0-YM0。
飞行器300在起飞后，处于正常工作状态，飞行控制装置120的预处理模块124读取地磁传感器的三轴磁场数据(Mx1，My1，Mz1)、陀螺传感器的三轴陀螺数据(Px1，Py1，Pz1)、加速度传感器的三轴加速度数据(Gx1，Gy1，Gz1)，由三轴磁场数据(Mx1，My1，Mz1)计算出飞行器300的机头与正北的夹角YM1,由陀螺传感器的三轴陀螺数据(Px1，Py1，Pz1)和加速度传感器的三轴加速度数据(Gx1，Gy1，Gz1)经过姿态解算，计算出飞行器300的机头与正北方向的夹角YG1，并计算角度偏差YE1＝YG1-YM1。
然后，预处理模块124计算飞行器300起飞后的角度偏差与起飞前的角度偏差的差值YEE＝YE1-YE0。
步骤S53，判断飞行器300起飞后的角度偏差与起飞前的角度偏差的差值YEE的绝对值是否超出一预设的阈值。
在本实施例中，步骤S53可以由飞行控制装置120的判断模块122执行。
飞行控制装置120的设定模块121预先对飞行器300起飞后的角度偏差与起飞前的角度偏差的差值YEE的绝对值设定一阈值(本实施例中|YEE|≤5(经验值))。当|YEE|≤5时，飞行器300处于正常飞行状态；当|YEE|＞5时，YEE的绝对值超出了阈值范围，磁场数据异常，飞行控制装置120控制飞行器300进行自动降落。
步骤S54，当飞行器300起飞后的角度偏差与起飞前的角度偏差的差值YEE的绝对值超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
在本实施例中，步骤S54可以由飞行控制装置120的执行模块123执行。执行模块123依据飞行器的飞行速度计算出控制量，计算控制量的详细过程如下：首先，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测飞行器300的飞行速度，并由执行模块123计算前后两次速度的偏差：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行PID自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。并将控制量Pwm发送至动力装置130。
步骤S55，依据所述控制量输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本实施例中，步骤S55可以由动力装置130执行。动力装置130接收到控制量Pwm并按照控制量Pwm输出动力，调整实际下降速度Vr为目标下降速度Vt。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面，关闭动力装置130的动力输出，自动降落完成。
第八实施例
本实施例示出了本发明依据高度传感器(本实施例中高度传感器为气压计)和GPS传感器的数据实施的飞行器自动降落的控制方法。包括以下步骤：
步骤S61，采集飞行器300起飞前的海拔高度与气压高度、以及飞行器300起飞后的海拔高度与气压高度。
在本实施例中，步骤S61可以由GPS传感器和气压计执行。飞行器300起飞前，GPS传感器采集GPS海拔高度ALT0，气压计采集气压值并依据气压值计算出气压高度HIG0。飞行器300在飞行中，处于正常工作状态，GPS传感器和气压计实时采集飞行器300的海拔高度ALT1与气压高度HIG1。
步骤S62，对飞行器300起飞前的海拔高度与气压高度、以及飞行器300起飞后的海拔高度与气压高度等数据进行预处理。
在本实施例中，步骤S62可以由飞行控制装置120的预处理模块124执行。飞行控制装置120的设定模块121预先对差值HEE的绝对值设定一阈值(例如本实施例中|HEE|≤1)，在飞行器300的飞行过程中实时读取海拔高度ALT1与气压高度HIG1，并计算海拔高度ALT1与气压高度HIG1的差值HE1＝ALT1-HIG1，并与飞行器300起飞前海拔高度ALT0与气压高度HIG0的差值HE0＝ALT0-HIG0相减得到差值HEE＝HE1-HE0。
步骤S63，判断飞行器300起飞后的海拔高度ALT1与气压高度HIG1的差值HE1＝ALT1-HIG1、以及飞行器300起飞前的海拔高度ALT0与气压高度HIG0的差值HE0＝ALT0-HIG0，二者之差(HEE＝HE1-HE0)的绝对值是否超出预设的阈值。
在本实施例中，如果|HEE|≤1，则可以判定飞行器300的高度数据正常，飞行器300可以正常飞行；若|HEE|＞1，则|HEE|超出了阈值范围，可以判定飞行器300的高度数据异常，飞行器300不能正常飞行，飞行控制装置120需要控制飞行器300进行自动降落。
步骤S64，当飞行器300起飞后的海拔高度ALT1与气压高度HIG1的差值HE1＝ALT1-HIG1、以及飞行器300起飞前的海拔高度ALT0与气压高度HIG0的差值HE0＝ALT0-HIG0，二者之差(HEE＝HE1-HE0)的绝对值超出预设的阈值时，依据飞行器300的飞行速度计算出控制量。
在本实施例中，步骤S64可以由飞行控制装置120的执行模块123执行。执行模块123依据飞行器的飞行速度计算出控制量，计算控制量的详细过程如下：首先，飞行控制装置120以固定的时间间隔(例如1s)检测飞行器300的飞行速度，并由执行模块123计算前后两次速度的偏差：飞行控制装置120设定飞行器300的自动降落的目标下降速度为Vt，当前飞行器300的垂向实际速度为Vr，计算出当前速度偏差cEv＝Vt-Vr，上次的速度偏差记为pEv，计算出微分值dValue＝pEv–cEv，计算出积分值iValue＝iValue+cEv,计算出比例值pValue＝cEv；然后，执行PID自动控制算法，计算飞行控制装置120输出的控制量Pwm＝Kp*pValue+Ki*iValue+Kd*dValue。Kp、Ki、Kd分别为比例值pValue、积分值iValue以及微分值dValue的比例系数。并将控制量Pwm发送至动力装置130。
步骤S65，依据所述控制量输出动力以使飞行器300执行降落动作。
在本实施例中，步骤S65可以由动力装置130执行。动力装置130接收到控制量Pwm并按照控制量Pwm输出动力，调整实际下降速度Vr为目标下降速度Vt。在飞行器300的降落过程中，控制量Pwm会越来越小，动力装置130的输出动力也会越来越小，直至飞行器300降落到地面，关闭动力装置130的动力输出，自动降落完成。
本发明实施例提供的一种飞行器自动降落的控制系统及方法，通过采集飞行器的第一环境数据和飞行速度；依据飞行器的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置；依据所述控制量输出动力以使飞行器执行降落动作。如此，可以使飞行器在外部飞行环境或者飞行器内部状态环境发生变化而不满足继续飞行的情况下，实现飞行器的自动降落，而不致于让飞行器坠毁，保证了飞行器的飞行安全。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种飞行器自动降落的控制系统，其特征在于，所述飞行器自动降落的控制系统包括：
数据传感器，用于采集飞行器的第一环境数据和飞行速度；
飞行控制装置，用于依据飞行器的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置；
动力装置，用于依据所述控制量输出动力以使飞行器执行降落动作。
2.如权利要求1所述的飞行器自动降落的控制系统，其特征在于，所述飞行控制装置包括：
设定模块，用于设定一预设的阈值；
判断模块，用于判断所述飞行器的第一环境数据是否超出所述预设的阈值；
执行模块，用于当所述飞行器的第一环境数据超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
3.如权利要求1所述的飞行器自动降落的控制系统，其特征在于，所述飞行控制装置包括：
设定模块，用于设定一预设的阈值；
预处理模块，用于对所述飞行器的第一环境数据进行预处理；
判断模块，用于判断经过预处理的所述飞行器的第一环境数据是否超出所述预设的阈值；
执行模块，用于当经过预处理的所述飞行器的第一环境数据超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
4.如权利要求2或3所述的飞行器自动降落的控制系统，其特征在于，所述数据传感器包括飞行速度采集单元，用于采集飞行器的飞行速度。
5.如权利要求1所述的飞行器自动降落的控制系统，其特征在于，所述飞行控制装置还用于当飞行器降落至地面时，关闭所述动力装置的动力输出。
6.一种飞行器自动降落的控制方法，其特征在于，所述飞行器自动降落的控制方法包括：
采集飞行器的第一环境数据和飞行速度；
依据飞行器的第一环境数据和飞行速度计算出控制量并发送给动力装置；
依据所述控制量输出动力以使飞行器执行降落动作。
7.如权利要求6所述的飞行器自动降落的控制方法，其特征在于，所述飞行器自动降落的控制方法还包括：
设定一预设的阈值；
判断所述飞行器的第一环境数据是否超出所述预设的阈值；
当所述飞行器的第一环境数据超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
8.如权利要求6所述的飞行器自动降落的控制方法，其特征在于，所述飞行器自动降落的控制方法还包括：
设定一预设的阈值；
对所述飞行器的第一环境数据进行预处理；
判断经过预处理的所述飞行器的第一环境数据是否超出所述预设的阈值；
当经过预处理的所述飞行器的第一环境数据超出所述预设的阈值时，依据所述飞行器的飞行速度计算出控制量。
9.如权利要求7或8所述的飞行器自动降落的控制方法，其特征在于，所述飞行器自动降落的控制方法还包括：利用飞行速度采集单元采集飞行器的飞行速度。
10.如权利要求6所述的飞行器自动降落的控制方法，其特征在于，所述飞行器自动降落的控制方法还包括：当飞行器降落至地面时，关闭所述动力装置的动力输出。
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