CN109634103A - 一种无人机起落架直流电机的力矩pid控制方法 - Google Patents

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陈龙
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Abstract

本发明公开了一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法,包括以下步骤：S1.根据无人机起落架直流电机的期望力矩，计算出期望电流；S2.按照相同的时间间隔，对无人机起落架直流电机的电流进行实时采样；并根据采样结果，分析实时的电流误差参数、电流误差累计参数和电流误差变化趋势参数；S3.根据分析结果生成输出控制量；S4.根据输出控制量，输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制。本发明提供了一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，提高了直流电机的力矩稳定性，进而提升了无人机起落架的收放平稳性。

Description

一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法
技术领域
本发明涉及直流电机的力矩控制，特别是涉及一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法。
背景技术
目前，无人机在工业领域需求量越来越大，应用在国防，农业，电力，以及消防，公安等各个方面，对一些常规人力无法顺利完成的场合有着很大的需求量。
其中，很多安全要求不算高的场合，比如农业植保无人机，是不需要可以控制收放的起落架的设备的。而在一些比如公安消防，测绘，电力巡检等领域，因为挂载设备原因，起落架影响设备的图像采集视角，所以需要可控制收放起落架，这个时候对起落架要求极高，对起落架电机进行可靠的控制对设备安全至关重要，如果控制不当，可能会引起无法收放，损坏，在起飞降落阶段损坏昂贵的挂载设备。
目前无人机起落架直流电机在起落架收放过程中，由于起落架供电电压以及收放速度不一致，转速有差别，以及直流电机反向电动势导致的电流变化，容易引起力矩不稳定，收放不平稳的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，提高了直流电机的力矩稳定性，进而提升了无人机起落架的收放平稳性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据无人机起落架直流电机的期望力矩F0，计算出期望电流I0；
S2.按照相同的时间间隔，对无人机起落架直流电机的电流进行实时采样；并根据采样结果，分析实时的电流误差参数、电流误差累计参数和电流误差变化趋势参数；
S3.根据分析结果生成输出控制量；
S4.根据输出控制量，输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制。
所述步骤S1中，期望电流I0的计算方式为：
I0＝F0/BL；
其中，B表示直流电机定子的磁场强度，L表示磁感线切割长度。
所述步骤S2包括：
S201.设对无人机起落架直流电机的电流进行实时采样的时间间隔为Δt，第t个采样时刻得到的检测电流为It；
则第t个采样时刻对应的实时电流误差参数ERROt为：
ERROt＝I0-It；
每一次电流采样后，对当前采样时刻的电流误差参数进行保存；
S202.计算第t个采样时刻对应的电流误差累计参数ERRO_INTEGt为：
ERRO_INTEGt＝ERRO1Δt+ERRO2Δt+...+ERROtΔt；
S203.计算第t个采样时刻对应的电流误差变化趋势参数ERRO_DXt：
ERRO_DXt＝(ERROt-ERROt-1)/Δt。
所述步骤S3中，第t个采样时刻的生成的输出控制量UOUTPUT：
UOUTPUT＝KP*ERROt+KI*ERRO_INTEGt+KD*ERRO_DXt；
式中，KP、KI和KD为预设的系数，在UOUTPUT＞1，令UOUTPUT＝1。
所述步骤S4包括：
根据控制量UOUTPUT输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制，在驱动过程中，驱动方式为PWM脉冲宽度调制方式，根据PWM周期高电平占比，调节输出电压：
设每个PWM周期为T，则每个周期中高电平的时间为UOUTPUT*T。
本发明的有益效果是：本发明针对无人机起落架的直流电机，综合考虑了实时电流与期望力矩下期望电流的电流误差参数、电流误差累计参数和电流误差变化趋势参数，生成输出控制量，并根据控制量输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制，提高了直流电机的力矩稳定性，进而提升了无人机起落架的收放平稳性；同时，本发明通过PWM脉冲作为驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制，利用输出控制量调节PWM周期高电平占比来调整周期内的平均电压，无需在不同供电电压下进行调整，简化了无人机起落架直流电机的控制复杂度。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为实施例中电流采样电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据无人机起落架直流电机的期望力矩F0，计算出期望电流I0；
S2.按照相同的时间间隔，对无人机起落架直流电机的电流进行实时采样；并根据采样结果，分析实时的电流误差参数、电流误差累计参数和电流误差变化趋势参数；
S3.根据分析结果生成输出控制量；
S4.根据输出控制量，输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制。
所述步骤S1中，期望电流I0的计算方式为：
I0＝F0/BL；
其中，B表示直流电机定子的磁场强度，L表示磁感线切割长度。
所述步骤S2包括：
S201.设对无人机起落架直流电机的电流进行实时采样的时间间隔为Δt，第t个采样时刻得到的检测电流为It；
则第t个采样时刻对应的实时电流误差参数ERROt为：
ERROt＝I0-It；
每一次电流采样后，对当前采样时刻的电流误差参数进行保存；
S202.计算第t个采样时刻对应的电流误差累计参数ERRO_INTEGt为：
ERRO_INTEGt＝ERRO1Δt+ERRO2Δt+...+ERROtΔt；
S203.计算第t个采样时刻对应的电流误差变化趋势参数ERRO_DXt：
ERRO_DXt＝(ERROt-ERROt-1)/Δt。
如图2所示，为本申请实施例中的电流采样原理示意图，其中R12为取样电阻，从ISENSEA标号节点的电流流过R12；通过放大器U7放大，其中放大倍数由R15和R14决定。放大倍数＝(R14+R15)/R14＝11倍；R13和C34构成了一个RC硬件低通滤波器，放大之后的信号输出到PA6节点；PA6节点连接至控制器引脚进行AD采样，最后除以放大倍数换算成实际电流，用于步骤S201中的计算。
所述步骤S3中，第t个采样时刻的生成的输出控制量UOUTPUT：
UOUTPUT＝KP*ERROt+KI*ERRO_INTEGt+KD*ERRO_DXt；
式中，KP、KI和KD为预设的系数，在UOUTPUT＞1，令UOUTPUT＝1。
所述步骤S4包括：
根据控制量UOUTPUT输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制，在驱动过程中，驱动方式为PWM脉冲宽度调制方式，根据PWM周期高电平占比，调节输出电压：
设每个PWM周期为T，则每个周期中高电平的时间为UOUTPUT*T。
综上，本发明针对无人机起落架的直流电机，综合考虑了实时电流与期望力矩下期望电流的电流误差参数、电流误差累计参数和电流误差变化趋势参数，生成输出控制量，并根据控制量输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制，提高了直流电机的力矩稳定性，进而提升了无人机起落架的收放平稳性；同时，本发明通过PWM脉冲作为驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制，利用输出控制量调节PWM周期高电平占比来调整周期内的平均电压，无需在不同供电电压下进行调整，简化了无人机起落架直流电机的控制复杂度。
最后需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据无人机起落架直流电机的期望力矩F0，计算出期望电流I0；
S2.按照相同的时间间隔，对无人机起落架直流电机的电流进行实时采样；并根据采样结果，分析实时的电流误差参数、电流误差累计参数和电流误差变化趋势参数；
S3.根据分析结果生成输出控制量；
S4.根据输出控制量，输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，期望电流I0的计算方式为：
I0＝F0/BL；
其中，B表示直流电机定子的磁场强度，L表示磁感线切割长度。
3.根据权利要求1所述的一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
S201.设对无人机起落架直流电机的电流进行实时采样的时间间隔为Δt，第t个采样时刻得到的检测电流为It；
则第t个采样时刻对应的实时电流误差参数ERROt为：
ERROt＝I0-It；
每一次电流采样后，对当前采样时刻的电流误差参数进行保存；
S202.计算第t个采样时刻对应的电流误差累计参数ERRO_INTEGt为：
ERRO_INTEGt＝ERRO1Δt+ERRO2Δt+...+ERROtΔt；
S203.计算第t个采样时刻对应的电流误差变化趋势参数ERRO_DXt：
ERRO_DXt＝(ERROt-ERROt-1)/Δt。
4.根据权利要求1所述的一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，第t个采样时刻的生成的输出控制量UOUTPUT：
UOUTPUT＝KP*ERROt+KI*ERRO_INTEGt+KD*ERRO_DXt；
式中，KP、KI和KD为预设的系数，在UOUTPUT＞1，令UOUTPUT＝1。
5.根据权利要求1所述的一种无人机起落架直流电机的力矩PID控制方法，其特征在于：所述步骤S4包括：
根据控制量UOUTPUT输出驱动信号对无人机起落架直流电机的进行控制，在驱动过程中，驱动方式为PWM脉冲宽度调制方式，根据PWM周期高电平占比，调节输出电压：
设每个PWM周期为T，则每个周期中高电平的时间为UOUTPUT*T。
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