CN108363406A - 无人机的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了无人机的控制方法及装置，其中的方法包括：获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。本发明实现了提高无人机控制方法准确性和鲁棒性的技术效果。

Description

无人机的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及无人机的控制方法及装置。

背景技术

目前，无人机被广泛应用于地图测绘、森林勘测、灾情监测、物流快递、高空拍摄等领域。

在现有技术中，对无人机的控制方法一般预先设置控制指令的分配规则，然后根据设置的分配规则对无人机相关参数进行分配，从而达到控制指令的要求。然而，由于无人机的状态在不同时刻是各不相同的，如果按照预设规则对无人机进行控制，当无人机的状态发生变化时，由于无法适应预设规则，容易产生偏差。

可见，现有技术中存在控制准确性较差的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了无人机的控制方法及装置，用于解决现有技术中无人机的控制方法存在准确性较差的问题。

第一方面，本发明提供了无人机的控制方法，包括：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

可选地，所述飞行状态参数，包括：飞行速度、动压、过载、高度、姿态角、角速率、气流角、电机转速、舵面偏转角、空气密度、温度一种或多种。

可选地，根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置相分配规则，包括：

获得所述第二控制指令和动作部件的对应关系；

根据所述对应关系和所述飞行状态参数，设置所述分配规则。

可选地，基于所述分配规则，对所述无人机进行控制，包括：

基于所述分配规则，确定无人机的动作部件以及分配量；

根据所述分配量对所述动作部件进行控制。

基于同样的发明构思，本发明第二方面提供了无人机的控制装置，包括：

第一获得模块，用于获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

第二获得模块，用于获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

第三获得模块，用于根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

设置模块，用于根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

控制模块，用于基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

可选的，所述飞行状态参数，包括：飞行速度、动压、过载、高度、姿态角、角速率、气流角、电机转速、舵面偏转角、空气密度、温度一种或多种。

可选的，所述设置模块还用于：

获得所述第二控制指令和动作部件的对应关系；

根据所述对应关系和所述飞行状态参数，设置所述分配规则。

可选的，所述控制模块还用于：

基于所述分配规则，确定无人机的动作部件以及分配量；

根据所述分配量对所述动作部件进行控制。

基于同样的发明构思，本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

基于同样的发明构思，本发明第四方面提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

在本发明实施例的技术方案中，首先通过根据第一控制指令和与第一控制指令相关的无人机飞行状态参数获得第二控制指令，可以将第一控制指令转化为与无人机飞行姿态直接相关的第二控制指令，然后根据第二控制指令和飞行状态参数，设置分配规则，即可以根据转化后的第二控制指令和无人机的状态参数设置分配规则，从而当无人机的状态发生变化时，可以适应无人机的状态变化，从而使无人机根据分配规则进行稳定地飞行，故而可以提高对无人机的控制的准确性和鲁棒性，解决了现有技术中无人机的控制方法存在准确性较差的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中无人机的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中无人机的控制方装置的结构图；

图3为本发明实施例中一种计算机可读存储介质的结构示意图；

图4为本发明实施例中一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了本发明实施例提供了无人机的控制方法及装置，用于解决现有技术中无人机的控制方法存在准确性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明一实施例提供的技术方案总体思路如下：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

本发明的上述方法，通过根据第一控制指令和与第一控制指令相关的无人机飞行状态参数获得第二控制指令，可以将第一控制指令转化为与无人机飞行姿态直接相关的第二控制指令，然后根据第二控制指令和飞行状态参数，设置分配规则，即可以根据转化后的第二控制指令和无人机的状态设置分配规则，因而分配规则是与无人机的状态参数相适应的，从可以提高对无人机的控制的准确性和鲁棒性，解决了现有技术中无人机的控制方法存在准确性较差的问题。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例一

本发明第一方面提供了无人机的控制方法，请参考图1，为本发明实施例中无人机的控制方法的流程图。该方法包括：

S101：获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令。

具体来说，第一控制指令是用于控制无人机状态的综合控制指令，综合控制指令可以为速度和姿态的综合量，或者过载、角速率和动压的综合量等，第一控制指令可以对无人机的动作进行控制。

S102：获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

举例来说，上述飞行状态参数包括：飞行速度、动压、过载、高度、姿态角、角加速度、气流角、电机转速、舵面偏转角、空气密度、温度中的一种或多种。例如，当第一控制指令为高度和速率的综合量时，则与第一控制指令相关的状态参数包括：飞行速度、高度、空气密度等。

作为一种可选实施方式，可以根据预设的理想模型，将所述第一控制指令转化为与预期响应动态相符的控制指令。在具体的实施过程中，在具体的实施过程中，由于控制指令是随时变化的，如果直接根据控制指令对无人机进行控制，则可能会导致无人机的变化幅度过大，甚至无法执行该控制指令的问题。举例来说，如果第一控制指令是用于控制无人机的角加速度，如果无人机的飞行角加速度为1度每秒，第一控制指令为10度每秒，则需要将无人机的角加速度由1直接变为10，这就会导致无人机飞行不稳定，机身出现较大偏转等；而本发明实施例的方法，则会对第一控制指令进行处理，例如将10度每秒处理成7度每秒。

具体来说，理想模型中设置有第一控制指令与预期响应动态的对应关系，可以是根据已有的数据、知识和经验得到的对应关系，更为具体地，可以根据已知闭环系统在输入驱动下的响应和飞行品质的要求确定，如果输入的第一控制指令为加速度指令，则会有与之相对应的预期响应动态，同样，如果输入的第一控制指令为速度指令，也会有相对应的预期响应动态。以速度指令为例，当输入某个控制指令时，其预期响应动态为前0.3s缓慢(低于预设响应速度)变化，等达到稳定1s后按照预设的响应速度进行变化。

第一控制指令与第二控制指令之间可以是对应比例的关系也可以是其他关系，例如当第一控制指令为10时，第二控制指令可以为8、第二控制指令也可以为7。具体情况可以根据实际情况设置，在此不做具体限定。

更为具体地，将第一控制指令做处理得到第二控制指令是循环执行的，当得到第二控制指令后，可以再次对第二控制指令进行处理得到下一次的控制指令，直到飞行状态趋于第一控制指令为止。

S103：根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

具体来说，由于第一控制指令为综合的指令，则需要将其转化为与无人机实际情况变化相符的第二控制指令，例如第一控制指令为速度和姿态的综合量的综合指令，则将其转化为角加速度的指令，同时需要考虑无人机的飞行状态参数。第二控制指令是直接影响到飞行姿态的指令，比如角加速度、力矩；

具体地，上述状态参数包括包含可以直接测量的运动参数值和不可直接测量的运动参数值，例如速度、角度为可以直接测量的运动参数值，角加速度为不可直接测量的运动参数值。

作为一种可选实施方式，可以根据飞行状态参数生成综合反馈，然后以综合反馈对第一控制指令进行调整从而得到第二控制指令，具体的实现方式如下：获取无人机的状态参数中的可测量的第一运动参数值；基于预设被控对象模型估计出所述状态参数中的不可测量的第二运动参数值；根据所述第一运动参数值和所述第二运动参数值，获得综合反馈。

具体来说，对于可测量的第一运动参数值，可以通过传感器、速度计等设备对无人机进行测量，从而获得相应的测量值，上述测量值可以包括舵面偏度、速度、角度率等。对于不可测量的第一运动参数值，则可以通过构建预设被控对象模型来进行估计，例如六自由度模型等，上述预设被控对象模型可以为线形数学模型，也可以为非线形数学模型。可选地，采用非线性模型估计出所述无人机的不可测量的运动状态，从而可以适应更多的飞行状态。在分别获得第一运动参数值和第二运动参数值后，则可以通过设置控制变量的方式得到综合反馈。

S104：根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则。

在具体的实施过程中，还可以综合考虑与飞行状态相关的动作部件的相应参数，例如动作部件为可以电机，并对动作部件的位置、速率的范围限制。如果一个动作部件饱和，其它动作部件仍可用于产生与第二控制指令相符的控制效果。另外，还可以针对特定目标实现系统优化，比如最小阻力、翼面载荷最小、控制面总偏度最小等。这样就可以结合飞行状态设置分配规则，常用的分配规则包括基于优化的控制分配算法有直接分配法、广义逆法、基于线性规划(单纯形法、内点法)、基于二次规划法(序列二次规划、定点法、有效集法)，基于非优化的控制分配法有串接链法等，本抓你可以采用基于二次规划的串接链法。

具体来说，当第二控制指令为角加速度指令时，而飞行状态参数为速度和高度时，角速度指令对无人机的控制，即为无人机电机力矩的控制。则设置分配规则的方法可以通过下述步骤实现：

获得所述第二控制指令和动作部件的对应关系；

根据所述对应关系和所述飞行状态参数，设置所述分配规则。

具体来说，第二控制指令为角加速度，则动作部件即为电机，角加速度和电机的力矩会有一个对应关系，可根据经验和实际数值获得。然后考虑电机当前的剩余量，例如总共四个电机，可以根据每个电机的当前状态，设置分配规则，可以按照一定的比例，或者当某个电机的偏转较大时，通过其他几个电机的偏转量，达到预期的控制效果。

S105：基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

基于所述分配规则，确定无人机的动作部件以及分配量；

根据所述分配量对所述动作部件进行控制。

具体来说，根据分配规则，可以确定动作部件的分配量，使其达到相应控制指令的控制效果。

实施例二

基于与前述第一方面中无人机的控制方法同样的发明构思，本发明实施例二还提供了无人机的控制装置，如图2所示，包括：

第一获得模块201，用于获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

第二获得模块202，用于获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

第三获得模块203，用于根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

设置模块204，用于根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

控制模块205，用于基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

本实施例提供的装置，所述飞行状态参数，包括：飞行速度、动压、过载、高度、姿态角、角速率、气流角、电机转速、舵面偏转角、空气密度、温度中的一种或多种。

本实施例提供的装置，设置模块204还用于：

获得所述第二控制指令和动作部件的对应关系；

根据所述对应关系和所述飞行状态参数，设置所述分配规则。

本实施例提供的装置，控制模块205还用于：

基于所述分配规则，确定无人机的动作部件以及分配量；

根据所述分配量对所述动作部件进行控制。

前述图1实施例中的无人机的控制方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的无人机的控制装置，通过前述对无人机的控制方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中无人机的控制装置的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

实施例三

基于与前述实施例一中无人机的控制方法同样的发明构思，本发明实施例三还提供了一种计算机可读存储介质，如图3所示，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

前述图1实施例中的无人机的控制方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的无人机的计算机可读存储介质，通过前述对无人机的控制方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中计算机可读存储介质的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

实施例四

基于与前述实施例一中无人机的控制方法同样的发明构思，本发明实施例四还提供了一种计算机设备，包括存储器401、处理器402及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序403，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。存储器401可用于存储计算机程序403，上述计算机程序包括软件程序、模块和数据，处理器402通过运行执行存储在存储器401的计算机程序403，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。

在具体的实施过程中，存储器401可用于存储软件程序以及模块，处理器402通过运行存储在存储器401的软件程序以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。存储器401可主要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、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器401可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。处理器802是电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器401内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器401内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体监控。可选的，处理器402可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器402可集成应用处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等。

前述图1实施例中的无人机的控制方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的无人机的计算机设备，通过前述对无人机的控制方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中计算机设备的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

在本发明实施例的技术方案中，首先通过根据第一控制指令和与第一控制指令相关的无人机飞行状态参数获得第二控制指令，可以将第一控制指令转化为与无人机飞行姿态直接相关的第二控制指令，然后根据第二控制指令和飞行状态参数，设置分配规则，即可以根据转化后的第二控制指令和无人机的状态设置分配规则，从而当无人机的状态发生变化时，可以适应无人机的状态变化，从而使无人机根据分配规则进行精准地飞行，故而可以提高对无人机的控制的准确性和鲁棒性，解决了现有技术中无人机的控制方法存在准确性较差的问题。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.无人机的控制方法，其特征在于，包括：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行状态参数，包括：飞行速度、动压、过载、高度、姿态角、角速率、气流角、电机转速、舵面偏转角、空气密度、温度一种或多种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置相分配规则，包括：

获得所述第二控制指令和动作部件的对应关系；

根据所述对应关系和所述飞行状态参数，设置所述分配规则。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述分配规则，对所述无人机进行控制，包括：

基于所述分配规则，确定无人机的动作部件以及分配量；

根据所述分配量对所述动作部件进行控制。

5.无人机的控制装置，其特征在于，包括：

第一获得模块，用于获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

第二获得模块，用于获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

第三获得模块，用于根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

设置模块，用于根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

控制模块，用于基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述飞行状态参数，包括：飞行速度、动压、过载、高度、姿态角、角速率、气流角、电机转速、舵面偏转角、空气密度、温度一种或多种。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述设置模块还用于：

获得所述第二控制指令和动作部件的对应关系；

根据所述对应关系和所述飞行状态参数，设置所述分配规则。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：

基于所述分配规则，确定无人机的动作部件以及分配量；

根据所述分配量对所述动作部件进行控制。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

获得第一控制指令，所述第一控制指令为用以控制无人机飞行达到目标状态的原始控制指令；

获得与所述第一控制指令相关的无人机飞行状态参数；

根据所述第一控制指令和所述飞行状态参数获得第二控制指令；

根据所述第二控制指令和所述飞行状态参数，设置分配规则；

基于所述分配规则，对所述无人机进行控制。