CN111413993A - 推进器控制器和姿态控制器 - Google Patents

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CN111413993A CN202010011642.7A CN202010011642A CN111413993A CN 111413993 A CN111413993 A CN 111413993A CN 202010011642 A CN202010011642 A CN 202010011642A CN 111413993 A CN111413993 A CN 111413993A
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松江武典
光田彻治
平井雅尊
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Abstract

本公开提供了一种推进器控制器，该推进器控制器用于飞行装置(10)中，该飞行装置(10)具有至少两个推进器(12)和主控制器(30)，主控制器(30)将指令值输出至推进器(12)以用于控制推进器(12)的推力。推进器控制器包括指令值获取器(53)和指令值生成器(54)。指令值获取器(53)基于螺旋桨螺距是固定的假设获取从主控制器(30)输出至推进器(12)的指令值。指令值生成器(54)将由获取的指令值生成的用于设定螺旋桨螺距的螺旋桨螺距指令值(Px)输出至推进器(12)的螺距改变机构(16)，并且将通过基于螺旋桨螺距指令值对指令值进行修正的用于设定马达(14)的旋转次数的修正的旋转次数指令值(Rr)输出至马达(14)。

Description

推进器控制器和姿态控制器
技术领域
本公开总体上涉及飞行装置的推进器控制器和姿态控制器。
背景技术
近年来，飞行装置即所谓的无人机的普及已经取得进展。这种飞行装置包括具有由马达驱动的螺旋桨的多个推进器。飞行装置通过控制由推进器所产生的推力来改变飞行装置的飞行姿态和飞行状态。飞行装置正变得越来越模块化，这意味着由许多供应商制造的各种机身通过使用通用控制器来进行控制。
然而，为了使通用控制器适用于越来越多的不同机身，控制系统、即换句话说控制规范是统一的。因此，即使飞行装置的机身的规格改变了，通用控制器也不能利用、即有权使用各种机身的所有规格。因此，可能存在以下问题：例如，在通用控制器的控制下，飞行装置无法充分发挥其能力，这在日益改善。
专利文件1：JP S63-192697A
发明内容
本公开的一目的是提供一种推进器控制器，该推进器控制器能够使飞行装置即使在使用通用控制器时也充分表现出飞行装置的能力。本公开的另一目的是提供一种姿态控制器，该姿态控制器能够通过向通用控制器添加功能来使飞行装置充分表现出飞行装置的能力。
飞行装置通过控制由推进器所产生的推力来控制飞行装置的飞行姿态。由推进器所产生的推力主要通过对螺旋桨进行驱动的马达的旋转的次数来控制。此处，如果推进器设置有用于改变螺旋桨的螺距的螺距改变机构，则由推进器所产生的推力不仅通过改变马达的旋转的次数(即，下文中也可以表示为马达旋转次数)来改变，而且通过改变螺旋桨的螺距来改变。在这种情况下，由于螺旋桨螺距的改变而引起的推力的改变的响应性是由于马达旋转次数的改变引起的推力的改变的响应性的至少10倍。因此，当控制由推进器所产生的推力时，通过利用螺旋桨螺距的改变来提高对诸如突然阵风的干扰的响应，并且可以提高飞行状态的稳定性。另一方面，当改变螺旋桨螺距时，这种改变必须通过两个控制目标——即，通过马达的旋转的次数和螺旋桨的螺距——来实现。因此，为了利用螺旋桨螺距的改变来控制推进器的推力，需要增加控制系统的数目，并且需要特殊的控制器。因此，基于螺旋桨螺距是固定的假设，飞行装置使用通用控制器，该通用控制器输出用于控制推进器马达的旋转次数的旋转次数指令值。
根据本公开的一个方面，推进器控制器设置有指令值获取器。指令值获取器基于推进器中的螺旋桨的螺距是固定的假设来获取输出的指令值。指令值生成器根据由指令值获取器所获取的指令值来生成螺旋桨螺距指令值和修正的旋转次数指令值。也就是说，指令值生成器根据所获取的指令值生成用于设定螺旋桨的螺距的螺旋桨螺距指令值。同时，指令值生成器基于所生成的螺旋桨螺距指令值来修正所获取的指令值，并且指令值生成器生成用于设定马达的旋转次数的修正的旋转次数指令值。在推进器中，基于从指令值生成器输出的螺旋桨螺距指令值，由螺距改变机构来改变螺旋桨的螺距。同时，在推进器中，通过从指令值生成器输出的修正的旋转次数指令值来改变马达的旋转次数。在这种改变的过程中，指令值生成器生成螺旋桨螺距指令值和修正的旋转次数指令值，以例如在控制螺旋桨螺距和马达旋转次数时优先考虑响应性和效率中的任一者，或者在不折中的情况下提高响应性和效率两者。也就是说，指令值生成器通过使用从主控制器输出的旋转次数指令值来生成螺旋桨螺距指令值和修正的旋转次数指令值，并且将螺旋桨螺距指令值和修正的旋转次数指令值输出至推进器。因此，当飞行装置的推进器包括螺距改变机构时，由推进器所产生的推力不仅通过使用马达的旋转的次数来控制，而且通过使用螺旋桨的螺距来控制。因此，即使当使用基于螺旋桨螺距是固定的假设而输出指令值的主控制器时，也可以改变螺旋桨螺距，并且可以充分表现出飞行装置的能力。
在本公开的另一方面中，用于从主控制器获取指令值的指令值获取器被添加至该主控制器，该主控制器基于螺旋桨的螺距是固定的假设来输出指令值。指令值获取器获取从如在上述的本公开的一个方面中所描述的主控制器输出的指令值。指令值生成器根据由指令值获取器所获取的指令值来生成螺旋桨螺距指令值和修正的旋转次数指令值。因此，当飞行装置的推进器包括螺距改变机构时，由推进器所产生的推力不仅通过使用马达的旋转的次数来控制，而且通过使用螺旋桨的螺距来控制。因此，即使当基于螺旋桨螺距是固定的假设来输出指令值时，也可以改变螺旋桨螺距，并且可以充分表现出飞行装置的能力。
附图说明
本公开的目的、特征和优点将通过以下参照附图的详细描述而变得明显，在附图中：
图1是根据本公开的第一实施方式的飞行装置的构型的框图；
图2是根据本公开的第一实施方式的飞行装置的示意图；
图3是在根据本公开的第一实施方式的飞行装置的推进器中使用的螺距改变机构的立体图；
图4是马达旋转次数、螺旋桨螺距和由推进器所产生的推进力之间的关系的图；
图5是基于马达旋转次数、推进器的推进力和螺旋桨螺距之间的关系的单位输出马达效率的图；
图6是根据本公开的第一实施方式的飞行装置的自动控制模式中的过程图；
图7是根据本公开的第一实施方式的飞行装置的手动控制模式中的过程图；
图8是根据本公开的第二实施方式的飞行装置的自动控制模式中的过程图；
图9是根据本公开的第三实施方式的飞行装置的构型的框图；
图10是根据本公开的第三实施方式的飞行装置的自动控制模式中的过程图；
图11是根据本公开的第四实施方式的飞行装置的构型的示意图；以及
图12是根据本公开的第五实施方式的姿态控制器的构型的框图。
具体实施方式
在下文中，基于附图描述了使用推进器控制器的飞行装置的多个实施方式。多个实施方式中大致相同的部件由相同的附图标记来表示，而没有重复对相同部件的描述。
(第一实施方式)
如图2中所示，根据第一实施方式的飞行装置10包括主体11和多个推进器12。在第一实施方式中，飞行装置10包括四个推进器12。在这种情况下，主体11具有在径向方向上径向向外延伸的四个臂13，并且推进器12分别设置在臂13中的每个臂的梢部处。主体11不限于径向延伸的臂13，而是也可以以环形形状形成，并且可以沿着周向方向设置多个推进器12。
推进器12各自具有马达14、螺旋桨15以及螺距改变机构16。马达14是用于驱动螺旋桨15的驱动源。马达14由从诸如容纳在主体11中的电池17之类的电源供给的电力来驱动。马达14的旋转传递至螺旋桨15。螺旋桨15由马达14旋转地驱动。螺距改变机构16改变螺旋桨15的螺距。
参照图3对螺距改变机构16的示例进行描述。图3中所示的螺距改变机构16是各种变型的示例，并且机构16不限于该示例，只要螺距改变机构16可以改变螺旋桨15的螺距并且可以应用于飞行装置10的推进器12即可。螺距改变机构16包括伺服马达21、杆构件22、连接构件23和改变构件24。伺服马达21的旋转通过杆构件22、连接构件23和改变构件24被传递至螺旋桨15。伺服马达21的旋转在传动期间经由杆构件22、连接构件23和改变构件24转换成螺旋桨15绕垂直于螺旋桨15的旋转中心A的螺旋桨轴线Ap的旋转。也就是说，当伺服马达21旋转时，螺旋桨15绕螺旋桨轴线Ap旋转。螺旋桨15绕螺旋桨轴线Ap旋转的旋转角度被称为“螺距”或“螺旋桨螺距”。因此，螺旋桨15的螺距在产生用于上升的推力的螺距与产生用于下降的推力的螺距之间改变。螺旋桨15的螺距的改变量对应于伺服马达21的旋转角度。由推进器12所产生的推力随着旋转地驱动螺旋桨15的马达14的旋转的次数和螺旋桨15的螺距而变化。
如图1和图2中所示，飞行装置10包括主控制器30和通信单元31。主控制器30容纳在如图2中所示的主体11中并且连接至电池17。主控制器30是模块化的通用控制器。如图1中所示，主控制器30具有控制操作单元32和存储单元33。控制操作单元32由具有CPU、ROM和RAM的微型计算机来实现。控制操作单元32通过使用CPU执行存储在ROM中的计算机程序来控制整个飞行装置10。控制操作单元32通过执行计算机程序将状态获取器34和飞行控制器35实现为软件。状态获取器34和飞行控制器35不限于软件，而是还可以通过使用专用电子电路的硬件来实现，或者通过软件和硬件的协作来实现。存储单元33具有例如非易失性存储器。存储单元33将飞行计划存储为预先准备的设定数据。飞行计划包括例如飞行装置10所飞行的飞行路线、飞行高度等。存储单元33可以与控制操作单元32的ROM和RAM共享。通信单元31与由操作者操作的操作装置36无线或有线地通信。
状态获取器34根据主体11的倾斜度、施加至主体11的加速度等来获取飞行装置10的飞行状态。更具体地，状态获取器34连接至GPS传感器41、加速度传感器42、角速度传感器43、地磁传感器44、高度传感器45等。GPS传感器41接收从GPS(全球定位系统)卫星输出的GPS信号。此外，加速度传感器42检测在三个维度上沿X轴、Y轴和Z轴的三个轴向方向施加至主体11的加速度。角速度传感器43检测在三个维度上沿三个轴向方向施加至主体11的角速度。地磁传感器44检测在三个维度上沿三个轴向方向的地磁。高度传感器45检测沿竖向方向的高度。
状态获取器34根据由GPS传感器41接收的GPS信号、由加速度传感器42检测的加速度、由角速度传感器43检测的角速度、由地磁传感器44检测的地磁等来检测主体11的飞行姿态、飞行方向和飞行速度。另外，状态获取器34根据由GPS传感器41检测的GPS信号和各种传感器的检测值来自主地检测主体11的飞行位置。此外，状态获取器34根据由GPS传感器41接收的GPS信号和由高度传感器45检测的高度来检测主体11的飞行高度。以这种方式，状态获取器34获取用于飞行装置10的飞行所需的信息——比如主体11的飞行姿态、飞行位置和飞行高度——作为飞行状态。除了这些各种传感器之外，状态获取器34还可以连接至获取可见图像的摄像机46或者测量距周围物体的距离的LIDAR(Light Detection And Ranging光检测和测距)47。
飞行控制器35通过自动控制模式或者手动控制模式来控制飞行装置10的飞行。自动控制模式是在没有操作者的操作的情况下使飞行装置10自动飞行的模式。飞行装置10的操作可以在自动控制模式与手动控制模式之间任意转换。在自动控制模式中，飞行控制器35根据存储在存储单元33中的飞行计划来自动地控制飞行装置10的飞行。也就是说，在自动控制模式中，飞行控制器35基于由状态获取器34所获取的主体11的飞行状态来控制由推进器12所产生的推力。因此，飞行控制器35使飞行装置10根据存储在存储单元33中的飞行计划而自动飞行，而与操作者的操作无关。
手动控制模式是根据操作者的操作使飞行装置10飞行的飞行模式。在手动控制模式中，操作者通过与飞行装置10分开且远程设置的操作装置36来控制飞行装置10的飞行状态。飞行控制器35基于由操作者通过操作装置36输入的操作和由状态获取器34所获取的飞行状态来控制由推进器12所产生的推力。因此，飞行控制器35根据操作者的目的来控制飞行装置10的飞行。
飞行控制器35在自动控制模式或者手动控制模式中输出指令值以控制由推进器12所产生的推力。在第一实施方式中，飞行控制器35输出旋转次数指令值Rx作为指令值。旋转次数指令值Rx是用于基于推进器12中的螺旋桨15的螺距是固定的假设来指示马达14的旋转次数以控制由推进器12所产生的推力的值。也就是说，当控制由推进器12所产生的推力时，现有的通用主控制器30基于螺旋桨15的螺距是固定的假设来控制马达14的旋转的次数。因此，主控制器30的飞行控制器35设定向推进器12请求的推力，并且还根据所设定的推力来设定马达14的旋转的次数。飞行控制器35输出与所设定的旋转次数对应的旋转次数指令值Rx，以用于控制由推进器12的马达14进行的设定旋转次数。推进器12基于旋转次数指令值Rx来改变马达14的旋转次数，并且产生与马达14的设定旋转次数对应的推力。因此，飞行控制器35输出旋转次数指令值Rx，以便控制推进器12中的马达14的旋转次数。
接下来，对根据第一实施方式的推进器控制器50进行描述。推进器控制器50设置在飞行装置10中的主控制器30与推进器12之间。也就是说，推进器控制器50是添加在主控制器30与推进器12之间的附加单元。在第一实施方式的情况下，推进器控制器50控制四个推进器12。也就是说，第一实施方式的推进器控制器50连接至一个主控制器30并且控制设置在飞行装置10中的四个推进器12。
推进器控制器50包括控制操作单元51、存储单元52、指令值获取器53和指令值生成器54。控制操作单元51由具有CPU、ROM和RAM的微型计算机来配置。控制操作单元51通过由CPU执行存储在ROM中的计算机程序将指令值获取器53和指令值生成器54实现为软件。指令值获取器53和指令值生成器54不限于软件，并且可以通过硬件来实现或者通过软件和使用专用电子电路的硬件的协作来实现。此外，整个推进器控制器50可以配置为作为专用电子电路的硬件。
存储单元52包括例如非易失性存储器。存储单元52可以与控制操作单元51的ROM和RAM共享(share)。指令值获取器53获取从主控制器30的飞行控制器35输出的旋转次数指令值Rx。也就是说，从飞行控制器35输出的旋转次数指令值Rx输入至推进器控制器50的指令值获取器53。
指令值生成器54根据由指令值获取器53所获取的旋转次数指令值Rx生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。螺旋桨螺距指令值Px是用于设定将要通过螺距改变机构16改变的螺旋桨15的螺距的指令值。修正的旋转次数指令值Rr是用于考虑螺旋桨螺距指令值Px来设定马达14的旋转次数的指令值。如以上所描述的，基于螺旋桨15的螺距是固定的假设，从主控制器30输出的旋转次数指令值Rx是与推进器12所需的推力相对应的马达14的旋转次数。这已经确定了。指令值生成器54将由推进器12所产生的推力分配到由螺旋桨15的螺距的改变所产生的推力中和由螺旋桨15的随着马达14的旋转而旋转所产生的推力中。因此，指令值生成器54根据由主控制器30设定的旋转次数指令值Rx来改变用于改变螺旋桨15的螺距的螺旋桨螺距指令值Px和马达14的旋转次数。生成了修正的旋转次数指令值Rr。因此，由推进器12所产生的推力保持与从主控制器30输出的旋转次数指令值Rx相对应，而由螺旋桨15的旋转次数和螺旋桨15的螺距的改变引起的推力被分成由改变引起的推力。
在这种情况下，指令值生成器54例如优先考虑响应、优先考虑效率、或者实现响应与效率之间的平衡而将推力分配至螺距的改变和旋转次数的改变。马达14的旋转次数、螺旋桨15的螺距以及由推进器12所产生的推力具有如图4中所示的关系。此外，存在如图5中所示出的马达14的旋转次数、由推进器12所产生的推力、螺旋桨15的螺距以及效率之间的关系。指令值生成器54使用如图4和图5中所示的相互关系以任意的比例将推力分配至螺距的改变和旋转次数的改变。在这种情况下，根据飞行装置10所需的性能、飞行装置10的规格等，推力的分配比例是任意的，对所设定的驱动力的分配比例的设定在存储单元52中存储为例如数学表达式或者映射(map)。效率是电效率并且是指马达14的每单位输出的效率。因此，随着效率提高，用于相同量的推力的功率消耗降低。
指令值生成器54将产生的螺旋桨螺距指令值Px输出至螺距改变机构16的伺服马达21。伺服马达21基于螺旋桨螺距指令值Px而驱动。因此，螺旋桨15通过伺服马达21的旋转绕螺旋桨轴线Ap旋转，并且螺距被改变。此外，指令值生成器54将生成的修正的旋转次数指令值Rr输出至推进器12的马达14。马达14基于修正的旋转次数指令值Rr而驱动。因此，螺旋桨15以基于修正的旋转次数指令值Rr的旋转次数来旋转。因此，推进器12的螺旋桨15的螺距使用从主控制器30输出的旋转次数指令值Rx而改变，并且旋转次数也被改变。
接下来，对由具有上述构型的推进器控制器50生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr的流程进行描述。在自动控制模式中，如图6中所示的那样执行过程。主控制器30的飞行控制器35基于存储在存储单元33中的飞行计划获取目标位置Pt。状态获取器34从GPS传感器41等获取飞行装置10正在飞行的位置的估算值作为估算位置值p。除了所获取的目标位置Pt和估算位置值p之外，飞行控制器35还获取估算速度值v。估算速度值v使用从例如状态获取器34的GPS传感器41、加速度传感器42以及角速度传感器43获取的值来估算。飞行控制器35使用所获取的目标位置Pt、估算位置值p和估算速度值v来设定目标姿态值St。
飞行控制器35通过状态获取器34来获取估算姿态值s。估算姿态值s是根据从状态获取器34的角速度传感器43等获取的值所估算的飞行装置10的飞行姿态。飞行姿态对应于绕飞行装置10的横滚轴线、俯仰轴线和偏航轴线中的每一者的旋转角度。飞行控制器35通过将姿态改变估算值sr应用于所设定的目标姿态值St和所获取的估算姿态值s来设定RPYT指令值。RPYT是横滚、俯仰、偏航和推力的缩写。姿态改变估算值sr是使飞行装置10的飞行姿态达到目标姿态值St所需的改变量的估算值。飞行控制器35获取飞行装置10绕横滚轴线的旋转角度R、飞行装置10绕俯仰轴线的旋转角度P和飞行装置10绕偏航轴线的旋转角度Y中的每一者的改变量作为姿态改变估算值sr。然后，飞行控制器35根据所获取的姿态改变估算值sr来设定RPYT指令值Ds。RPYT指令值Ds包括姿态指令值，以用于基于所获取的姿态改变估算值sr来识别绕横滚轴线的旋转角度R、绕俯仰轴线的旋转角度P、绕偏航轴线的旋转角度Y以及飞行装置飞行速度T。飞行控制器35基于所设定的RPYT指令值Ds将推进器12中的马达14的旋转次数设定为旋转次数指令值Rx。旋转次数指令值Rx是用于设定由推进器12所产生的推力的指令值。
从主控制器30的飞行控制器35输出的旋转次数指令值Rx输入至推进器控制器50的指令值获取器53。输入的旋转次数指令值Rx由指令值生成器54生成为螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。指令值生成器54将生成的螺旋桨螺距指令值Px输出至螺距改变机构16的伺服马达21。同时，指令值生成器54将生成的修正的旋转次数指令值Rr输出至推进器12的马达14。
在手动控制模式中，如图7中所示的那样执行过程。主控制器30的飞行控制器35基于从操作装置36输入的操作者的操作来设定目标姿态值St。飞行控制器35通过将姿态改变估算值sr应用于目标姿态值St来设定RPYT指令值Ds，该目标姿态值St是基于操作者的操作和通过状态获取器34所获取的估算姿态值s而设定的。飞行控制器35基于所设定的RPYT指令值Ds将推进器12中的马达14的旋转次数设定为旋转次数指令值Rx。从主控制器30的飞行控制器35输出的旋转次数指令值Rx输入至推进器控制器50的指令值获取器53。输入的旋转次数指令值Rx由指令值生成器54生成为螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。指令值生成器54将生成的螺旋桨螺距指令值Px输出至螺距改变机构16的伺服马达21。同时，指令值生成器54将生成的修正的旋转次数指令值Rr输出至推进器12的马达14。
在上述的第一实施方式中，推进器控制器50包括指令值获取器53。指令值获取器53基于推进器12中的螺旋桨15的螺距是固定的假设来获取从主控制器30输出的旋转次数指令值Rx。指令值生成器54根据由指令值获取器53所获取的旋转次数指令值Rx来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。也就是说，指令值生成器54根据所获取的旋转次数指令值Rx来生成用于设定螺旋桨15的螺距的螺旋桨螺距指令值Px。同时，指令值生成器54基于所生成的螺旋桨螺距指令值Px来修正所获取的旋转次数指令值Rx，并且指令值生成器54生成用于设定马达14的旋转次数的修正的旋转次数指令值Rr。在推进器12中，基于从指令值生成器54输出的螺旋桨螺距指令值Px，螺距改变机构16改变螺旋桨15的螺距。同时，在推进器12中，通过从指令值生成器54输出的修正的旋转次数指令值Rr来改变马达14的旋转次数。因此，在设置有螺距改变机构16的飞行装置10中，从推进器12所产生的推力不仅使用马达14的旋转次数来控制，而且使用螺旋桨15的螺距来控制。因此，即使当使用基于螺旋桨15的螺距是固定的假设而输出旋转次数指令值Rx的主控制器30时，螺旋桨15的螺距也是可改变的，并且充分表现出飞行装置10的能力。
在如在第一实施方式中所示出的设置有位于推进器12中的螺距改变机构16的飞行装置10的情况下，由推进器12所产生的推力不仅通过马达14的旋转次数来改变，而且通过螺旋桨15的螺距来改变。在这种情况下，由于螺旋桨15的螺距改变引起的推力的改变的响应性是由于马达14的旋转次数改变引起的推力的改变的响应性的10倍或更多倍。因此，当通过利用螺旋桨15的螺距的改变来控制由推进器12所产生的推力时，例如提高了对诸如突然阵风之类的干扰的响应，并且可以提高飞行状态的稳定性。在第一实施方式中，推进器控制器50通过利用从通用主控制器30输出的旋转次数指令值Rx来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。因此，第一实施方式的推进器控制器50不需要对主控制器30——比如控制系统和/或专用电路设计的复杂化——进行修改。因此，可以控制螺旋桨15的螺距的改变，以用于充分表现出飞行装置10的能力，并且用于提高飞行的稳定性、响应性和效率，而不会引起构型的复杂化、专门化(即，专用设计)等。
(第二实施方式)
如下对根据第二实施方式的推进器控制器进行描述。根据第二实施方式的推进器控制器50的构型与第一实施方式的推进器控制器50的构型相同，然而，过程的流程与第一实施方式的过程的流程不同。如图8中所示，第二实施方式的推进器控制器50从主控制器30的飞行控制器35获取包括姿态指令值的RPYT指令值Ds。也就是说，主控制器30的飞行控制器35输出RPYT指令值Ds而不是第一实施方式的旋转次数指令值Rx。同时，输出的RPYT指令值Ds输入至推进器控制器50的指令值获取器53。输入的RPYT指令值Ds由指令值生成器54生成为螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。指令值生成器54将生成的螺旋桨螺距指令值Px输出至螺距改变机构16的伺服马达21。同时，指令值生成器54将生成的修正的旋转次数指令值Rr输出至推进器12的马达14。在这种情况下，指令值生成器54使用与包括在RPYT指令值Ds中的旋转角度R、旋转角度P、旋转角度Y或者飞行速度T对应的至少一个或更多个姿态指令值来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。
在第二实施方式中，指令值生成器54使用包括从主控制器30的飞行控制器35输出的多个姿态指令值的RPYT指令值Ds来设定螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。因此，第二实施方式的指令值生成器54使用由飞行控制器35所生成的中间指令值(即，RPYT指令值Ds)，而不是使用如在第一实施方式中的最终旋转次数指令值Rx来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。因此，与第一实施方式相比，简化了主控制器30的飞行控制器35中的过程。因此，可以进一步提高响应性。注意，尽管将第二实施方式描述为自动控制模式的示例，但是可以以相同的方式类似地提高手动控制模式的响应性。
(第三实施方式)
如下对根据第三实施方式的推进器控制器进行描述。根据第三实施方式的推进器控制器50是第二实施方式的改型。如图9中所示，根据第三实施方式的推进器控制器50包括状态获取器61和姿态估算器62。状态获取器61和姿态估算器62在推进器控制器50中通过软件、硬件或者软件和硬件的协作来实现。状态获取器61连接至加速度传感器63、角速度传感器64和地磁传感器65。另外，状态获取器61可以连接至未示出的GPS传感器或者高度传感器。这些各种传感器具有与连接至主控制器30的状态获取器34的传感器相同的构型。姿态估算器62根据由状态获取器61中的加速度传感器63、角速度传感器64和地磁传感器65检测到的值来估算安装有推进器控制器50的飞行装置10的飞行姿态。也就是说，姿态估算器62根据主体11绕横滚轴线的旋转角度、主体11绕俯仰轴线的旋转角度以及主体11绕偏航轴线的旋转角度来确定飞行装置10的飞行姿态。然后，估算的飞行姿态作为估算姿态值s1输出至指令值生成器54。
因此，对于根据第三实施方式的推进器控制器50，如图10所示，指令值生成器54使用估算姿态值s1来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。也就是说，除了从主控制器30的飞行控制器35输出的RPYT指令值Ds之外，指令值生成器54还使用由姿态估算器62估算的估算姿态值s1来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。指令值生成器54将生成的螺旋桨螺距指令值Px输出至螺距改变机构16的伺服马达21。同时，指令值生成器54将生成的修正的旋转次数指令值Rr输出至推进器12的马达14。
在第三实施方式中，除了从主控制器30的飞行控制器35输出的RPYT指令值Ds之外，指令值生成器54还使用由姿态估算器62估算的估算姿态值s1来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。因此，指令值生成器54基于由估算姿态值s1指示的飞行装置10的飞行姿态来改变螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr的权重。因此，可以更恰当地设定螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr，并且可以进一步提高响应性和效率。
在第三实施方式中，通过在姿态估算器62中生成估算姿态值s1，可以确定由主控制器30的状态获取器34所获取的诸如飞行姿态之类的飞行状态是否合适。因此，消除了明显错误和缺陷的影响。因此，可以进一步提高飞行的安全性，并且可以改善控制的冗余性。
注意，在第三实施方式中，尽管以自动控制模式作为示例进行了描述，但是在手动控制模式下可以获得相同的效果。此外，在第三实施方式中，尽管已经对使用第二实施方式中描述的RPYT指令值Ds的示例进行了描述，但是本公开还可以应用于使用第一实施方式中描述的旋转次数指令值Rx的示例。此外，在第三实施方式中，已经描述了推进器控制器50设置有状态获取器61的示例。然而，推进器控制器50可以使用由主控制器30的状态获取器34所获取的数据来估算飞行姿态。此外，推进器控制器50可以配置为与主控制器30仅共享各种传感器，并且推进器控制器50配置为独立地估算飞行姿态。
(第四实施方式)
如下对根据第四实施方式的推进器控制器进行描述。如图11中所示，推进器控制器50可以配置为分别连接至多个推进器12。也就是说，在如图11中所示的飞行装置10中设置四个推进器12的情况下，对应于这些四个推进器12分别设置四个推进器控制器50。因此，从主控制器30输出的指令值输入至连接至每个推进器12的推进器控制器50。连接至每个推进器12的推进器控制器50生成具有适合于所连接的(即，相关的)推进器12的权重的螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。因此，总体上，可以进一步提高飞行装置10中的响应性和效率。
(第五实施方式)
如下对根据第五实施方式的姿态控制器进行描述。根据第五实施方式的姿态控制器70配置成使得上述多个实施方式中的主控制器30和推进器控制器50设置为如图12中所示的一体的一个装置。也就是说，根据本实施方式的姿态控制器70不是具有附加组件(即，添加至装置的推进器控制器50)的装置(即，主控制器30)，而是最初设计为一体的一个的装置。因此，在姿态控制器70中，主控制单元71(即，第一实施方式中的主控制器30的等效物)设置有分别是推进器控制器50的等效物的指令值获取器73和指令值生成器74。在这种情况下，推进器控制器50的等同于控制操作单元51和存储单元52的部件可以与如图12中所示的主控制单元71共享或者可以单独提供。
根据第五实施方式的姿态控制器70具有主控制单元71，指令值获取器73连接至该主控制单元71，其中，主控制单元71基于螺旋桨15的螺距是固定的假设输出指令值，并且指令值获取器73获取来自主控制单元71的指令值。指令值获取器73获取从主控制单元71的飞行控制器35输出的指令值。指令值生成器74根据由指令值获取器73所获取的指令值来生成螺旋桨螺距指令值Px和修正的旋转次数指令值Rr。因此，当飞行装置10的推进器12设置有螺距改变机构16时，由推进器12所产生的推力不仅使用马达14的旋转次数来控制，而且使用螺旋桨15的螺距来控制。因此，即使当基于螺旋桨15的螺距是固定的假设输出指令值时，螺旋桨15的螺距也是可改变的，并且可以充分表现出飞行装置10的能力。此外，在第五实施方式中，指令值获取器73和指令值生成器74被添加至主控制单元71，该主控制单元71是现有主控制器30的等效物。因此，在不引起主控制单元71等的大规模改变的情况下，可以容易地添加用于控制推进器12的功能。
上述的第五实施方式已经描述了下述构型，在该构型中，指令值获取器73和指令值生成器74被添加至主控制单元71、即被添加至第一实施方式中的主控制器30的等效物。然而，第五实施方式的姿态控制器70不限于具有第一实施方式中的基础的这种构型(即，主控制器30)，而可以具有包括其他实施方式中的基础的其他构型，对于所述其他构型，主控制单元71具有添加的指令值获取器73和指令值生成器74。
本公开不限于上述实施方式，而是还可以在不脱离本公开的精神的情况下以各种方式进行修改。尽管已经根据实施方式描述了本公开，但理解的是，本公开不限于实施方式和结构。本公开涵盖等效范围内的各种改型示例和改型。此外，各种其他组合和形式连同对各种其他组合和形式的一个元件或子元件的添加和/或减去也可以包括在本公开的范围内。

Claims (6)

1.一种推进器控制器，所述推进器控制器：(A)用于飞行装置(10)中，所述飞行装置(10)包括(i)至少两个推进器(12)和(ii)主控制器(30)，所述推进器(12)各自具有螺旋桨(15)、驱动所述螺旋桨(15)的马达(14)和改变所述螺旋桨(15)的螺距的螺距改变机构(16)，所述主控制器(30)基于所述螺旋桨(15)的所述螺距是固定的假设将指令值输出至所述推进器(12)以用于控制由所述推进器(12)产生的推力，并且：(B)用于在所述主控制器(30)与所述推进器(12)之间的位置处控制由所述推进器(12)产生的所述推力，所述推进器控制器包括：
指令值获取器(53)，所述指令值获取器(53)配置成获取从所述主控制器(30)输出的所述指令值；以及
指令值生成器(54)，所述指令值生成器(54)配置成：(a1)根据由所述指令值获取器(53)获取的所述指令值生成螺旋桨螺距指令值(Px)以用于设定所述螺旋桨(15)的所述螺距，并且(a2)将生成的所述螺旋桨螺距指令值输出至所述螺距改变机构(16)，同时(b1)基于所述螺旋桨螺距指令值来修正由所述指令值获取器获取的所述指令值，并且(b2)生成用于设定所述马达(14)的旋转次数的修正的旋转次数指令值(Rr)，并且(b3)将所述修正的旋转次数指令值输出至所述马达(14)。
2.根据权利要求1所述的推进器控制器，其中，
所述主控制器(30)输出旋转次数指令值(Rx)作为指令值，以用于指示所述马达(14)的所述旋转次数，并且
所述指令值生成器(54)通过使用所述旋转次数指令值来生成所述螺旋桨螺距指令值和所述修正的旋转次数指令值。
3.根据权利要求1所述的推进器控制器，其中，
所述主控制器(30)输出用于设定所述飞行装置(10)的飞行状态的多个姿态指令值作为所述指示值，并且
所述指令值生成器(54)通过使用所述多个姿态指令值中的至少一个姿态指令值来设定所述螺旋桨螺距指令值和所述修正的旋转次数指令值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的推进器控制器，还包括：
姿态估算器(62)，所述姿态估算器(62)估算所述飞行装置(10)的飞行姿态，其中，
所述指令值生成器(54)通过使用所述指令值和由所述姿态估算器(62)估算的所述飞行装置(10)的所述飞行姿态来生成所述螺旋桨螺距指令值和所述修正的旋转次数指令值。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的推进器控制器，还包括：
所述推进器控制器以与所述飞行装置(10)中的所述推进器(12)的数目相同的数目来设置。
6.一种姿态控制器，所述姿态控制器用于控制由飞行装置(10)中的推进器产生的推力，所述飞行装置(10)包括至少两个推进器(12)，所述推进器(12)各自具有螺旋桨(15)、驱动所述螺旋桨(15)的马达(14)和改变所述螺旋桨(15)的螺距的螺距改变机构(16)，所述姿态控制器包括：
主控制单元(71)，所述主控制单元(71)配置成基于所述螺旋桨(15)的所述螺距是固定的假设将指令值输出至所述推进器(12)以用于控制所述推进器(12)产生的推力；和
指令值获取器(73)，所述指令值获取器(73)配置成获取从所述主控制单元(71)输出的所述指令值；以及
指令值生成器(74)，所述指令值生成器(74)配置成：根据由所述指令值获取器(73)获取的所述指令值来生成螺旋桨螺距指令值(Px)以用于设定所述螺旋桨(15)的所述螺距，并且将生成的所述螺旋桨螺距指令值输出至所述螺距改变机构(16)，同时基于所述螺旋桨螺距指令值修正由所述指令值获取器获取的所述指令值，并且生成用于设定所述马达(14)的旋转次数的修正的旋转次数指令值(Rr)，并且将所述修正的旋转次数指令值输出至所述马达(14)。
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