CN110271661B - 共轴八旋翼飞行器断桨保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，提供共轴八旋翼飞行器，其包括飞行控制器，所述飞行控制器内预存控制各所述旋翼工作状态的混控矩阵和飞行器控制参数组，该方法包括如下步骤：实时监控所述共轴八旋翼飞行器的各旋翼动力运行情况，判断各旋翼的是否存在动力异常情况，并反馈至所述飞行控制器；所述飞行控制器根据所述动力异常情况修改所述混控矩阵并按预设规则形成更新混控矩阵；所述飞行控制器切换调用与所述更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组对所述共轴八旋翼飞行器进行飞行控制。与相关技术相比，本发明的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法控制简单、安全性好且鲁棒性高。
Description
技术领域
本发明涉及无人飞行器技术领域，尤其涉及一种共轴八旋翼飞行器断桨保护方法。
背景技术
近年来无人机飞行器在迅速发展的同时也受到了很多局限，垂直起降固定翼无人机应运而生解决了众多问题，在军事、公安、农业、测绘等领域得到广泛应用。
多旋翼飞行器垂直起降的特点无需起飞跑道，运用更方便普遍，特别是八旋翼飞行器，其机身外部加挂相机、吊舱、雷达等任务载荷时的负重量大，适用范围更广。
相关技术中，八旋翼飞行器包括单轴八旋翼飞行器和共轴八旋翼飞行器。然而单轴多旋翼无人机的断桨保护方案不适用于共轴八旋翼飞行器的断桨保护；共轴八旋翼飞行器有其自身的特点，丢失一个旋翼动力之后通常会选择关闭另外一个动力来达到姿态稳定，这在单轴八旋翼飞行器情况下很少发生甚至不会发生的情况。
因此，有必要提供一种新的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种控制简单、安全性好且鲁棒性高的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，提供共轴八旋翼飞行器，其包括飞行控制器，所述飞行控制器内预存控制各所述旋翼工作状态的混控矩阵和飞行器控制参数组，该方法包括如下步骤：
步骤S1、实时监控所述共轴八旋翼飞行器的各旋翼动力运行情况，判断各旋翼的是否存在动力异常情况，并反馈至所述飞行控制器；
步骤S2、所述飞行控制器根据所述动力异常情况修改所述混控矩阵并按预设规则形成更新混控矩阵；
步骤S3、所述飞行控制器切换调用与所述更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组对所述共轴八旋翼飞行器进行飞行控制。
优选的，该方法还包括：步骤S4、通过所述飞行控制器限制所述共轴八旋翼飞行器的飞行性能使其稳定飞行或悬停。
优选的，所述步骤S4中的飞行性能包括所述共轴八旋翼飞行器的最大角速度和最大垂向速度。
优选的，在所述步骤S1中，各旋翼动力运行情况包括驱动该旋翼的电机的输出电压、输出电流、相位及转速。
优选的，在所述步骤S2中，所述更新混控矩阵为四个控制输入量和六个旋翼控制输出量的四轴六旋翼混控矩阵。
优选的，在所述步骤S2中，所述预设规则为：当其中任意一所述旋翼动力异常时，屏蔽该动力异常的旋翼以及与其输出对称的旋翼，形成六旋翼输出状态。
优选的，在所述步骤S3中，与所述更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组为四轴六旋翼飞行器正常飞行的四轴六旋翼控制参数组，且该四轴六旋翼控制参数组预存在所述飞行控制器内。
需要说明的是，同上理，混控矩阵的更新也可以为四轴四旋翼或四轴二旋翼，理论上都是可行的。
与现有技术相比，本发明提供的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法通过对四轴八旋翼的共轴八旋翼飞行器的各旋翼动力运行情况进行实时监控，当判断其中一个旋翼动力异常时，视为断桨状态，此时通过飞行控制器根据所述动力异常情况屏蔽该旋翼和与其对称输出的旋翼，修改所述混控矩阵并按预设规则形成更新混控矩阵，同时调用与所述更新混控矩阵对应的飞行器控制参数组对所述共轴八旋翼飞行器进行飞行控制。该方法通过切换混控矩阵实现将共轴八旋翼切换成共轴六旋翼进行飞行保护，该方法中运算更简单，工程实现更容易，提高了共轴八旋翼飞行器的安全性和鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1为本发明共轴八旋翼飞行器断桨保护方法的流程框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供一种共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，提供共轴八旋翼飞行器，其包括飞行控制器，所述飞行控制器内预存控制各所述旋翼工作状态的混控矩阵和飞行器控制参数组，该方法包括如下步骤：
步骤S1、实时监控所述共轴八旋翼飞行器的各旋翼动力运行情况，判断各旋翼的是否存在动力异常情况，并反馈至所述飞行控制器。
本实施方式中，各旋翼动力运行情况包括驱动该旋翼的电机的输出电压、输出电流、相位及转速。
具体的，通过对驱动各旋翼的电机的输出电压、输出电流、相位和转速等参数获取的数据来判断电机桨叶的异常，即该旋翼的异常，通过大量实验来获取每个所述旋翼对应的电机和桨叶正常工作下采集数据的输出，以及获取每个所述旋翼不带桨叶、桨叶破损、电机停转等动力异常实验数据，最后通过神经网络算法来训练已有数据，从而确定旋翼动力异常情况。
步骤S2、所述飞行控制器根据所述动力异常情况修改所述混控矩阵并按预设规则形成更新混控矩阵。
本步骤中，所述更新混控矩阵为四个控制输入量和六个旋翼控制输出量的四轴六旋翼混控矩阵。
也就是说，所述预设规则为：当其中任意一所述旋翼动力异常时，屏蔽该动力异常的旋翼以及与其输出对称的旋翼，使该两个所述旋翼停止输出，形成六旋翼输出状态。
具体的，本实施方式为了更清楚的说明混控矩阵，以飞行员角为参考对所述共轴八旋翼飞行器的各旋翼所对应的电机进行编号，8个旋翼分为上层四个旋翼和下层四个旋翼分布：
上层四个所述旋翼各自对应的电机分别为：右前位电机为1号电机，逆时针旋转；左前位电机为2号电机，顺时针旋转；左后位电机为3号电机，逆时针旋转；左后位电机为4号电机，顺时针旋转；
下层四个所述旋翼各自对应个电机分别为：左前位为5号电机，顺时针旋转；右前位为6号电机，逆时针旋转；右后位为7号电机，顺时针旋转；左后位为8号电机，逆时针旋转。
所述共轴八旋翼飞行器的控制一般是直接控制俯仰、横滚、油门和方向，混控矩阵的作用就是将所述飞行控制器的输出(俯仰、横滚、油门和航向)转换到电机的输出，正常情况下混控矩阵的输出则是八个电机的控制量，但是当检测到其中一个电机异常之后，即判断为该电机对应的旋翼异常，此时，混控矩阵的输出变成六个电机的输出，将异常的电机以及与该电机输出对称的另一电机同时屏蔽，即屏蔽该动力异常的旋翼以及与其输出对称的旋翼。例如，若是3号电机异常，将3号电机以及相应的会将6号电机屏蔽，此时则为四轴六旋翼飞行状态，从而形成一个新的混控矩阵：四个控制输入量和六个电机控制输出量的所述更新混控矩阵。
步骤S3、所述飞行控制器切换调用与所述更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组对所述共轴八旋翼飞行器进行飞行控制。
本步骤中，与所述更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组为四轴六旋翼飞行器正常飞行的四轴六旋翼控制参数组，且该四轴六旋翼控制参数组预存在所述飞行控制器内。
具体的，因为若当其中一旋翼异常时，仅是切换混控矩阵，但是不更换所述飞行器控制参数组，则所述飞行控制器质量会急速下降，甚至可能发散，导致所述共轴八旋翼飞行器出现不可恢复的损失。所以当切换混控矩阵之后，需要将所述飞行控制器的所述飞行器控制参数组进行改变，该飞行器控制参数组需要提前存储在所述共轴八旋翼飞行器的flash当中当作备用参数组，当所述共轴八旋翼飞行器切换呈所述更新混控矩阵之后自动更换与该更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组。因此，在进行切换所述飞行器控制参数组之前，必须实际以四轴六桨的情况飞行以获取该飞行状态的飞行器控制参数组。同理，例如3号电机损坏，将3号和与之对称输出的6号电机关闭，即屏蔽该对应的两个旋翼，通过实际飞行，获取所述共轴八旋翼飞行器的四轴六旋翼飞行状态的所述飞行器控制参数组。
为了进一步提高所述共轴八旋翼飞行器的安全性和鲁棒性，本方法还包括：步骤S4、通过所述飞行控制器限制所述共轴八旋翼飞行器的飞行性能使其稳定飞行或悬停。
本步骤中，飞行性能包括所述共轴八旋翼飞行器的最大角速度和最大垂向速度。
由于所述共轴八旋翼飞行器的电机关闭两个，即对应的两个所述旋翼关闭，以3号电机故障为例，则飞行控制器自动3号电机以及与3号电机对称输出的6号电机关闭以实现平稳飞行，但是动力缺少两个，整体动力相对正常情况下偏低，悬停油门上升，此时所述共轴八旋翼飞行器的抗风能力降低，所以要避免做大机动动作，通过限制最大角速度和垂向爬升速度实现，以提高所述共轴八旋翼飞行器的安全性和鲁棒性。
与现有技术相比，本发明提供的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法通过对四轴八旋翼的共轴八旋翼飞行器的各旋翼动力运行情况进行实时监控，当判断其中一个旋翼动力异常时，视为断桨状态，此时通过飞行控制器根据所述动力异常情况修改所述混控矩阵并按预设规则形成更新混控矩阵，同时调用与所述更新混控矩阵对应的飞行器控制参数组对所述共轴八旋翼飞行器进行飞行控制。该方法通过切换混控矩阵实现将共轴八旋翼切换成共轴六旋翼进行飞行保护，该方法中运算更简单，工程实现更容易，提高了共轴八旋翼飞行器的安全性和鲁棒性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，提供共轴八旋翼飞行器，其包括飞行控制器，所述飞行控制器内预存控制各所述旋翼工作状态的混控矩阵和飞行器控制参数组，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤S1、实时监控所述共轴八旋翼飞行器的各旋翼动力运行情况，判断各旋翼是否存在动力异常情况，并反馈至所述飞行控制器；
步骤S2、所述飞行控制器根据所述动力异常情况修改所述混控矩阵并按预设规则形成更新混控矩阵；所述预设规则为：当其中任意一所述旋翼动力异常时，屏蔽该动力异常的旋翼以及与其输出对称的旋翼，形成六旋翼输出状态；所述更新混控矩阵为四个控制输入量和六个旋翼控制输出量的四轴六旋翼混控矩阵；
步骤S3、所述飞行控制器切换调用与所述更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组对所述共轴八旋翼飞行器进行飞行控制。
2.根据权利要求1所述的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，其特征在于，该方法还包括:
步骤S4、通过所述飞行控制器限制所述共轴八旋翼飞行器的飞行性能使其稳定飞行或悬停。
3.根据权利要求2所述的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，其特征在于，所述步骤S4中的飞行性能包括所述共轴八旋翼飞行器的最大角速度和最大垂向速度。
4.根据权利要求1所述的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，其特征在于，在所述步骤S1中，各旋翼动力运行情况包括驱动该旋翼的电机的输出电压、输出电流、相位及转速。
5.根据权利要求1所述的共轴八旋翼飞行器断桨保护方法，其特征在于，在所述步骤S3中，与所述更新混控矩阵对应的所述飞行器控制参数组为四轴六旋翼飞行器正常飞行的四轴六旋翼控制参数组，且该四轴六旋翼控制参数组预存在所述飞行控制器内。
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