CN112136092A - 一种飞行控制方法、设备及飞行器 - Google Patents

一种飞行控制方法、设备及飞行器 Download PDF

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CN112136092A CN201980030353.7A CN201980030353A CN112136092A CN 112136092 A CN112136092 A CN 112136092A CN 201980030353 A CN201980030353 A CN 201980030353A CN 112136092 A CN112136092 A CN 112136092A
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aircraft
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林灿龙
徐威
商志猛
张子豪
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    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
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Abstract

一种飞行控制方法、设备(41)及飞行器(42)，其中，该方法包括：获取飞行器(42)的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；响应从固定翼动力系统(12)工作状态切换至旋翼动力系统(11)工作状态的指令，关闭固定翼电机；根据目标姿态运动状态和观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统(11)控制的第二控制指令；根据第一控制指令控制舵面的舵偏角；根据观测速度信息确定旋翼动力调整参数(232)；根据旋翼动力调整参数(232)调整第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；根据调整后的第二控制指令控制旋翼动力系统(11)。通过这种方式，可以降低飞行器(42)切换过程中的风险和难度，提高飞行器(42)在切换过程中的可靠性。

Description

一种飞行控制方法、设备及飞行器
技术领域
本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种飞行控制方法、设备及飞行器。
背景技术
垂直起降(Vertical Take-Off and Landing,VTOL)飞行器是近年来发展迅速的一类新型航空器，其同时具备旋翼飞行器的垂直起降并能在空中悬停和低速飞行的能力，以及固定翼飞行器能以较低能耗高速飞行的能力，具有极强的行业应用价值。
垂直起降飞行器的飞行过程中需要在旋翼飞行模式和固定翼飞行模式之间切换，目前垂直起降飞行器在旋翼飞行模式、固定翼飞行模式以及切换过程均使用单独重新设计的控制器。然而，这种方式控制过程复杂、难度高、风险大。因此，如何更有效地控制飞行器飞行具有十分重要的意义。
发明内容
本发明实施例提供了一种飞行控制方法、设备及飞行器，降低了飞行器在固定翼动力系统工作状态和旋翼动力系统工作状态之间进行转换的风险和难度，提高了转换过程的可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种飞行控制方法，应用于飞行器，所述飞行器包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面，所述方法包括：
获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；
响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；
根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；
根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
第二方面，本发明实施例提供了一种飞行控制设备，应用于飞行器，所述飞行器包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面，所述设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于调用所述程序，当所述程序被执行时，用于执行以下操作：
获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；
响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；
根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；
根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
第三方面，本发明实施例提供了一种飞行器，包括：
机身；
配置在机身上的动力系统，用于为所述飞行器提供移动的动力，其中，所述动力系统包括固定翼动力系统和旋翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面；
处理器，用于获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法。
本发明实施例可以响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭固定翼电机，根据飞行器的目标姿态运动状态和观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令，并根据第一控制指令控制舵面的舵偏角，根据飞行器的观测速度信息确定旋翼动力调整参数，根据旋翼动力调整参数调整第二控制指令以获取调整后的第二控制指令，从而根据调整后的第二控制指令控制旋翼动力系统。通过这种实施方式，可以使用现有的固定翼动力系统的控制器生成的第一控制指令控制舵面，使用对现有的旋翼动力系统的控制器生成的第二控制指令调整后的第二控制指令来控制旋翼动力系统，这样无需单独重新设计固定翼动力系统和旋翼动力系统的控制器，降低飞行器切换过程中的风险和难度，提高飞行器在切换过程中的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种垂直起降无人机的构型图；
图2是本发明实施例提供的一种角速率控制系统的示意框图；
图3是本发明实施例提供的一种旋翼动力调整参数与速度的关系示意图；
图4是本发明实施例提供的一种飞行控制系统的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种飞行控制方法的流程示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种飞行控制方法的流程示意图；
图7是本发明实施例提供的一种飞行控制设备的结构示意图。
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。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例中提供的飞行控制方法可以由一种飞行控制系统执行，其中，所述飞行控制系统可以包括飞行控制设备和飞行器；在某些实施例中，所述飞行控制设备可以安装在飞行器上，在某些实施例中，所述飞行控制设备可以在空间上独立于飞行器，在某些实施例中，所述飞行控制设备可以是飞行器的部件，即所述飞行器包括飞行控制设备。在某些实施例中，所述飞行器可以是垂直起降飞行器，下面以垂直起降飞行器为例对本发明实施例进行说明。
在一些实施例中，所述垂直起降飞行器包括复合式、倾转旋翼、旋转机翼、尾座式等无人机，其中，一种典型的复合式垂直起降固定翼无人机构型如图1所示，图1是本发明实施例提供的一种垂直起降无人机的构型图。如图1所示，该构型包含一套多旋翼动力系统11以及一套固定翼动力系统12。
在一种实施方式中，在垂直起降无人机悬停时只有旋翼动力系统11工作；当需要从旋翼动力系统工作状态转换为固定翼动力系统工作状态时，开启固定翼动力系统12，垂直起降无人机加速前飞；在前飞速度达到预设速度范围时，固定翼动力系统12接管垂直起降无人机，旋翼动力系统11关闭。
在一个实施例中，所述垂直起降无人机在从旋翼动力系统工作状态转换为固定翼动力系统工作状态时，开启固定翼动力系统让垂直起降无人机加速前飞的目的主要是让垂直起降无人机获得足够的飞行速度，在这个过程中垂直起降无人机会沿着机头方向飞行一段距离，以确保平滑切换到固定翼动力系统工作状态。
在一种实施方式中，当需要从固定翼动力系统工作状态转换为旋翼动力系统工作状态时，关闭固定翼动力系统，垂直起降无人机减速飞行，当飞行速度减速至一定速度时，旋翼动力系统开启，垂直起降无人机由旋翼动力系统接管。
本发明提出了一种无需单独设计控制器，直接在现有固定翼控制器和旋翼控制器基础上进行复用的转换过程的飞行控制方法，该飞行控制方法应用于飞行器，所述飞行器包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面。通过这种实施方式，可以使得固定翼动力系统和旋翼动力系统之间的转换平滑，降低了设计和调参的难度，以及降低了转换的风险。
本发明的具体实施方案主要可以分为四步，第一步是对固定翼控制器和旋翼控制器调试，使其满足性能指标要求，第二步是系统分析，第三步是指令调度设计，第四步是算法实现。
在一个实施例中，在进行系统分析时可以通过对飞行器的角速率进行分析，在某些实施例中，所述飞行器的角速率是由旋翼电机和固定翼动力系统的舵面共同控制的。在某些实施例中，角速率控制系统框图如图2所示，图2是本发明实施例提供的一种角速率控制系统的示意框图。如图2所示，飞行器的角速度是根据目标角速率21以及固定翼控制器22和旋翼控制器23得到的，固定翼控制器22通过生成舵偏角指令221以对舵面222进行控制；旋翼控制器23通过生成姿态控制力矩指令231以及旋翼动力调整参数232对旋翼电机233进行控制；通过对舵面222和旋翼电机233进行控制，来确定飞行器24的角速率，并根据角速率反馈25和目标角速率21对飞行器进行飞行控制。在某些实施例中，所述舵偏角指令与本发明中的第一控制指令或第三控制指令对应相同；在某些实施例中，所述姿态控制力矩指令与本发明中的第二控制指令或第四控制指令对应相同；在某些实施例中，所述目标角速率属于本发明中的目标姿态运动状态；所述飞行器的角速率属于本发明中的观测姿态运动状态。
在一些实施例中，在转换过程中，旋翼电机产生的力矩不随速度变化而变化，而固定翼动力系统的舵面产生的力矩同速度的关系如下公式(1)所示：
Figure BDA0002761133450000051
其中，Mδ是舵面产生的力矩，δ为舵偏角度，V是空速(飞行器相对于空气的速度)，ρ、Cδ分别是空气密度和舵偏力矩系数。在低亚音速情况下，可以认为ρ和Cδ不变。因此可以得出：舵面产生力矩和空速的平方呈线性关系。
在一个实施例中，在指令调度设计过程中，飞行器可以从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态，也可以从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态。
在一种实施方式中，当飞行器从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态时，飞行器可以从固定翼巡航速度开始减小，同时舵偏角所产生的力矩也随之减小，而固定翼控制器的舵偏角指令是基于巡航速度计算的，因而舵面产生的力矩不足以维持角速率控制，因此可以通过旋翼电机产生的力矩来补充固定翼电机产生的不足的力矩。
在一个实施例中，在通过旋翼电机产生的力矩来补充固定翼电机产生的不足的力矩时，由于旋翼控制器是基于悬停或者低速(一般为小于5m/s)时设计的，如果直接将其计算出的力矩指令给到旋翼电机上会造成系统超调严重，因此，本发明设计了旋翼动力调整参数K来调配旋翼电机的力矩输出。根据公式(1)可知，旋翼补偿的力矩和V2线性相关，具体如图3所示，图3是本发明实施例提供的一种旋翼动力调整参数与速度的关系示意图。如图3所示，V1是旋翼动力系统工作状态下所述飞行器良好工作的的最大悬停速度即第一速度阈值，V2是固定翼动力系统工作状态下所述飞行器的最小巡航速度即第二速度阈值。
在一个实施例中，在算法实现过程中，可以根据固定翼控制器产生的舵偏角指令以及旋翼控制器根据旋翼动力调整参数K输出的姿态控制力矩指令，控制飞行器飞行。
下面结合附图4对本发明实施例提供的飞行控制系统进行示意性说明。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种飞行控制系统的结构示意图，图4为主视图方向的结构示意图。所述飞行控制系统包括：飞行控制设备41、飞行器42。所述飞行器42包括动力系统421，所述动力系统421用于为飞行器42提供移动的动力。在一些实施例中，飞行控制设备41设置在飞行器42中，可以通过有线通信连接方式与飞行器中的其他设备(如动力系统421)建立通信连接。在其他实施例中，飞行器42和飞行控制设备41彼此独立，例如飞行控制设备41设置在云端服务器中，通过无线通信连接方式与飞行器42建立通信连接。在某些实施例中，所述飞行控制设备41可以为飞行控制器。所述飞行器42的动力系统421包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面。
本发明实施例中，所述飞行控制设备可以获取飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态，并响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭固定翼电机，以及根据目标姿态运动状态和观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令。飞行控制设备可以根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角，并根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数，以及根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令，从而根据调整后的第二控制指令控制旋翼动力系统。
下面结合附图5-附图7对本发明实施例提供的飞行控制方法进行示意性说明。
具体请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种飞行控制方法的流程示意图，所述方法可以由飞行控制设备执行，其中，飞行控制设备的具体解释如前所述。具体地，本发明实施例的所述方法包括如下步骤。
S501：获取飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态。
本发明实施例中，飞行控制设备可以获取飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态。在某些实施例中，所述姿态运动状态包括姿态、角速度、角加速度中的一种或多种。在某些实施例中，所述观测速度信息包括空速。在某些实施例中，所述姿态包括姿态角；在某些实施例中，所述姿态角包括飞行器的俯仰角、横滚角、偏航角。在一些实施例中，所述姿态运动状态包括姿态、角速度、角加速度中的任意一种或多种。
在一个实施例中，所述观测姿态运动状态是根据所述舵面产生的力矩和所述旋翼动力系统产生的力矩确定的；在某些实施例中，所述观测姿态运动状态包括飞行器的角速率。具体可以图2为例，假设观测姿态运动状态为角速率，则所述角速率可以根据固定翼动力系统的舵面222以及通过旋翼动力调整参数232调整后的旋翼动力系统来确定飞行器24的角速率。
在一个实施例中，所述目标姿态运动状态是根据所述飞行器的飞行参数计算得到的；其中，所述飞行参数包括所述飞行器的姿态角、飞行空速、飞行轨迹中的任意一种或多种。
S502：响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭固定翼电机。
本发明实施例中，飞行控制设备可以响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭固定翼电机。通过关闭固定翼电机可以使飞行器减速飞行，以便飞行器减速到一定速度时，开启旋翼电机，以实现从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态。
S503：根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令。
在一个实施例中，飞行控制设备在根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令时，可以根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令。
具体可以图2为例，假设所述第一控制指令为舵偏角指令，所述观测速度信息为飞行器的空速，所述目标姿态运动状态为目标角速率，所述观测姿态运动状态为飞行器实际的角速率，则飞行控制设备可以根据所述空速、所述目标角速率和所述角速率，生成对舵面控制的舵偏角指令即第一控制指令。
在一个实施例中，飞行控制设备根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令时，可以计算所述目标姿态运动状态与所述观测姿态运动状态之间的姿态运动状态差值；并根据所述姿态运动状态差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令。
在某些实施例中，所述姿态运动状态可以为角速率，根据目标角速率与角速率之间的差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令。
在一种实施方式中，在根据目标角速率与角速率之间的差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令时，可以根据角速率确定固定翼动力系统的舵面的力矩，并根据舵面的力矩生成所述第一控制指令；根据目标角速率与角速率之间的差值确定目标力矩与固定翼动力系统的舵面的力矩的差值，根据该差值确定旋翼动力系统需要补偿的力矩，根据需要补偿力矩确定旋翼动力调整参数，并通过旋翼动力调整参数K调整旋翼动力系统后生成第二控制指令；以及根据固定翼动力系统的舵面的力矩生成所述第一控制指令。
S504：根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角。
S505：根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数。
在一个实施例中，当所述飞行器的观测速度信息大于第一速度阈值且小于第二速度信息阈值时，所述旋翼动力调整参数与所述观测速度信息的平方线性负相关。如图3所示，V1为第一速度阈值，V2为第二速度阈值，当所述飞行器的观测速度信息V大于第一速度阈值V1且小于第二速度信息阈值V2时，所述旋翼动力调整参数K与所述观测速度信息V2线性负相关。
在一个实施例中，当所述飞行器的观测速度信息小于或等于第一速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为1；当所述飞行器的观测速度信息大于或等于第二速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为0。如图3所示，V1为第一速度阈值，V2为第二速度阈值，当所述飞行器的观测速度信息V小于或等于第一速度阈值V1时，确定所述旋翼动力调整参数K为1；当所述飞行器的观测速度信息V大于或等于第二速度阈值V2时，确定所述旋翼动力调整参数K为0。
在一个实施例中，所述第一速度阈值为旋翼动力系统工作状态下所述飞行器的最大悬停速度；所述第二速度阈值为固定翼动力系统工作状态下所述飞行器的最小巡航速度。
S506：根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令。
S507：根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
本发明实施例可以获取飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态，响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭固定翼电机，并根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令，以及根据第一控制指令控制舵面的舵偏角，根据观测速度信息确定旋翼动力调整参数，根据旋翼动力调整参数调整第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令，根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统，从而降低了飞行器从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态过程中的风险和难度，提高了飞行器在切换过程中的可靠性。
具体请参见图6，图6是本发明实施例提供的另一种飞行控制方法的流程示意图，所述方法可以由飞行控制设备执行，其中，飞行控制设备的具体解释如前所述。具体地，本发明实施例的所述方法包括如下步骤。
S601：获取飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态。
本发明实施例中，飞行控制设备可以获取飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态。具体实施例及举例如前所述，此处不再赘述。
S602：响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启固定翼电机。
本发明实施例中，飞行控制设备可以响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启固定翼电机。通过开启固定翼电机可以使飞行器加速飞行，有助于实现从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态。
S603：根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对所述旋翼动力系统的第四控制指令。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对所述旋翼动力系统的第四控制指令。
在一个实施例中，飞行控制设备在根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令时，可以根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令。
S604：根据所述第三控制指令控制所述舵面的舵偏角。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述第三控制指令控制所述舵面的舵偏角。
S605：根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数。
S606：根据所述旋翼动力调整参数调整所述第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据所述旋翼动力调整参数调整所述第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令。
S607：根据调整后的第四控制指令控制所述旋翼动力系统。
本发明实施例中，飞行控制设备可以根据调整后的第四控制指令控制所述旋翼动力系统。
本发明实施例可以响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启固定翼电机，根据目标姿态运动状态和观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对旋翼动力系统的第四控制指令，并根据第三控制指令控制舵面的舵偏角以及根据观测速度信息确定旋翼动力调整参数，根据旋翼动力调整参数调整第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令，从而根据调整后的第四控制指令控制旋翼动力系统。通过这种实施方式，可以降低了飞行器从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态过程中的风险和难度，提高了飞行器在切换过程中的可靠性。
请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种飞行控制设备的结构示意图。具体的，所述飞行控制设备设置于飞行器，所述飞行器包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面，所述飞行控制设备包括：存储器701、处理器702。
在一种实施例中，所述飞行控制设备还包括数据接口703，所述数据接口703，用于传递飞行控制设备和其他设备之间的数据信息。
所述存储器701可以包括易失性存储器(volatile memory)；存储器701也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)；存储器701还可以包括上述种类的存储器的组合。所述处理器702可以是中央处理器(central processing unit，CPU)。所述处理器702还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specificintegrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或其任意组合。
所述存储器701用于存储程序，所述处理器702可以调用存储器701中存储的程序，用于执行如下步骤：
获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；
响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；
根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；
根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
进一步地，所述处理器702根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令。
进一步地，所述处理器702还用于：
响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对所述旋翼动力系统的第四控制指令；
根据所述第三控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令；
根据调整后的第四控制指令控制所述旋翼动力系统。
进一步地，所述处理器702根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令。
进一步地，当所述飞行器的观测速度信息大于第一速度阈值且小于第二速度信息阈值时，所述旋翼动力调整参数与所述观测速度信息的平方线性负相关。
进一步地，当所述飞行器的观测速度信息小于或等于第一速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为1；
当所述飞行器的观测速度信息大于或等于第二速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为0。
进一步地，所述第一速度阈值为旋翼动力系统工作状态下所述飞行器的最大悬停速度；
所述第二速度阈值为固定翼动力系统工作状态下所述飞行器的最小巡航速度。
进一步地，所述姿态运动状态包括姿态、角速度、角加速度中的一种或多种。
进一步地，所述观测速度信息包括空速。
进一步地，所述观测姿态运动状态是根据所述舵面产生的力矩和所述旋翼动力系统产生的力矩确定的。
进一步地，所述目标姿态运动状态是根据所述飞行器的飞行参数计算得到的；
其中，所述飞行参数包括所述飞行器的姿态角、飞行空速、飞行轨迹中的任意一种或多种。
进一步地，所述处理器702根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令时，具体用于：
计算所述目标姿态运动状态与所述观测姿态运动状态之间的姿态运动状态差值；
根据所述姿态运动状态差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令。
本发明实施例可以响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭固定翼电机，并根据飞行器的目标姿态运动状态和观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令，以及根据第一控制指令控制舵面的舵偏角，根据飞行器的观测速度信息确定旋翼动力调整参数，根据旋翼动力调整参数调整第二控制指令以获取调整后的第二控制指令，从而根据调整后的第二控制指令控制旋翼动力系统。通过这种实施方式，可以降低飞行器切换过程中的风险和难度，提高飞行器在切换过程中的可靠性。
本发明实施例还提供了一种飞行器，所述飞行器具有旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面，所述飞行器包括：机身；配置在机身上的动力系统，用于为垂直起降无人机提供移动的动力；处理器，用于获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
进一步地，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令。
进一步地，所述处理器还用于：
响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对所述旋翼动力系统的第四控制指令；
根据所述第三控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令；
根据调整后的第四控制指令控制所述旋翼动力系统。
进一步地，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令。
进一步地，当所述飞行器的观测速度信息大于第一速度阈值且小于第二速度信息阈值时，所述旋翼动力调整参数与所述观测速度信息的平方线性负相关。
进一步地，当所述飞行器的观测速度信息小于或等于第一速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为1；
当所述飞行器的观测速度信息大于或等于第二速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为0。
进一步地，所述第一速度阈值为旋翼动力系统工作状态下所述飞行器的最大悬停速度；
所述第二速度阈值为固定翼动力系统工作状态下所述飞行器的最小巡航速度。
进一步地，所述姿态运动状态包括姿态、角速度、角加速度中的一种或多种。
进一步地，所述观测速度信息包括空速。
进一步地，所述观测姿态运动状态是根据所述舵面产生的力矩和所述旋翼动力系统产生的力矩确定的。
进一步地，所述目标姿态运动状态是根据所述飞行器的飞行参数计算得到的；
其中，所述飞行参数包括所述飞行器的姿态角、飞行空速、飞行轨迹中的任意一种或多种。
进一步地，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令时，具体用于：
计算所述目标姿态运动状态与所述观测姿态运动状态之间的姿态运动状态差值；
根据所述姿态运动状态差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令。
本发明实施例可以响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭固定翼电机，并根据飞行器的目标姿态运动状态和观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令，以及根据第一控制指令控制舵面的舵偏角，根据飞行器的观测速度信息确定旋翼动力调整参数，根据旋翼动力调整参数调整第二控制指令以获取调整后的第二控制指令，从而根据调整后的第二控制指令控制旋翼动力系统，以降低飞行器切换过程中的风险和难度，提高飞行器在切换过程中的可靠性。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明图5或图6所对应实施例中描述的方法，也可实现图7所述本发明所对应实施例的设备，在此不再赘述。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的设备的内部存储单元，例如设备的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述设备的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述计算机可读存储介质还可以既包括所述设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
以上所揭露的仅为本发明部分实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (37)

1.一种飞行控制方法，其特征在于，应用于飞行器，所述飞行器包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面，所述方法包括：
获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；
响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；
根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；
根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令，包括：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对所述旋翼动力系统的第四控制指令；
根据所述第三控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令；
根据调整后的第四控制指令控制所述旋翼动力系统。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令，包括：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，
当所述飞行器的观测速度信息大于第一速度阈值且小于第二速度信息阈值时，所述旋翼动力调整参数与所述观测速度信息的平方线性负相关。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
当所述飞行器的观测速度信息小于或等于第一速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为1；
当所述飞行器的观测速度信息大于或等于第二速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为0。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
所述第一速度阈值为旋翼动力系统工作状态下所述飞行器的最大悬停速度；
所述第二速度阈值为固定翼动力系统工作状态下所述飞行器的最小巡航速度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述姿态运动状态包括姿态、角速度、角加速度中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述观测速度信息包括空速。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，
所述观测姿态运动状态是根据惯性测量单元采集得到的。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，
所述目标姿态运动状态是根据所述飞行器的飞行参数计算得到的；
其中，所述飞行参数包括所述飞行器的姿态角、飞行空速、飞行轨迹中的任意一种或多种。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令，包括：
计算所述目标姿态运动状态与所述观测姿态运动状态之间的姿态运动状态差值；
根据所述姿态运动状态差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令。
13.一种飞行控制设备，其特征在于，应用于飞行器，所述飞行器包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面，所述设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于调用所述程序，当所述程序被执行时，用于执行以下操作：
获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；
响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；
根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；
根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令。
15.根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述处理器还用于：
响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对所述旋翼动力系统的第四控制指令；
根据所述第三控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令；
根据调整后的第四控制指令控制所述旋翼动力系统。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令。
17.根据权利要求13-16任一项所述的设备，其特征在于，
当所述飞行器的观测速度信息大于第一速度阈值且小于第二速度信息阈值时，所述旋翼动力调整参数与所述观测速度信息的平方线性负相关。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，
当所述飞行器的观测速度信息小于或等于第一速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为1；
当所述飞行器的观测速度信息大于或等于第二速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为0。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，
所述第一速度阈值为旋翼动力系统工作状态下所述飞行器的最大悬停速度；
所述第二速度阈值为固定翼动力系统工作状态下所述飞行器的最小巡航速度。
20.根据权利要求13-19任一项所述的设备，其特征在于，所述姿态运动状态包括姿态、角速度、角加速度中的一种或多种。
21.根据权利要求13-20任一项所述的设备，其特征在于，所述观测速度信息包括空速。
22.根据权利要求13-21任一项所述的设备，其特征在于，
所述观测姿态运动状态是根据惯性测量单元采集得到的。
23.根据权利要求13-22任一项所述的设备，其特征在于，
所述目标姿态运动状态是根据所述飞行器的飞行参数计算得到的；
其中，所述飞行参数包括所述飞行器的姿态角、飞行空速、飞行轨迹中的任意一种或多种。
24.根据权利要求13-23任一项所述的设备，其特征在于，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令时，具体用于：
计算所述目标姿态运动状态与所述观测姿态运动状态之间的姿态运动状态差值；
根据所述姿态运动状态差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令。
25.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括旋翼动力系统和固定翼动力系统，所述固定翼动力系统包括固定翼电机和舵面，所述飞行器包括：
机身；
配置在机身上的动力系统，用于为所述飞行器提供移动的动力；
所述处理器，用于获取所述飞行器的观测速度信息、观测姿态运动状态和目标姿态运动状态；响应从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的指令，关闭所述固定翼电机；根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令；根据所述第一控制指令控制所述舵面的舵偏角；根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；根据所述旋翼动力调整参数调整所述第二控制指令，以获取调整后的第二控制指令；根据调整后的第二控制指令控制所述旋翼动力系统。
26.根据权利要求25所述的飞行器，其特征在于，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令。
27.根据权利要求25或26所述的飞行器，其特征在于，所述处理器还用于：
响应从旋翼动力系统工作状态切换至固定翼动力系统工作状态的指令，开启所述固定翼电机；
根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令和对所述旋翼动力系统的第四控制指令；
根据所述第三控制指令控制所述舵面的舵偏角；
根据所述观测速度信息确定旋翼动力调整参数；
根据所述旋翼动力调整参数调整所述第四控制指令，以获取调整后的第四控制指令；
根据调整后的第四控制指令控制所述旋翼动力系统。
28.根据权利要求27所述的飞行器，其特征在于，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令时，具体用于：
根据所述观测速度信息、所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第三控制指令。
29.根据权利要求25-28任一项所述的飞行器，其特征在于，
当所述飞行器的观测速度信息大于第一速度阈值且小于第二速度信息阈值时，所述旋翼动力调整参数与所述观测速度信息的平方线性负相关。
30.根据权利要求29所述的飞行器，其特征在于，
当所述飞行器的观测速度信息小于或等于第一速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为1；
当所述飞行器的观测速度信息大于或等于第二速度阈值时，确定所述旋翼动力调整参数为0。
31.根据权利要求29或30所述的飞行器，其特征在于，
所述第一速度阈值为旋翼动力系统工作状态下所述飞行器的最大悬停速度；
所述第二速度阈值为固定翼动力系统工作状态下所述飞行器的最小巡航速度。
32.根据权利要求25-31任一项所述的飞行器，其特征在于，所述姿态运动状态包括姿态、角速度、角加速度中的一种或多种。
33.根据权利要求25-32任一项所述的飞行器，其特征在于，所述观测速度信息包括空速。
34.根据权利要求25-33任一项所述的飞行器，其特征在于，
所述观测姿态运动状态是根据惯性测量单元采集得到的。
35.根据权利要求25-34任一项所述的飞行器，其特征在于，
所述目标姿态运动状态是根据所述飞行器的飞行参数计算得到的；
其中，所述飞行参数包括所述飞行器的姿态角、飞行空速、飞行轨迹中的任意一种或多种。
36.根据权利要求25-35任一项所述的飞行器，其特征在于，所述处理器根据所述目标姿态运动状态和所述观测姿态运动状态，生成对舵面控制的第一控制指令和对旋翼动力系统控制的第二控制指令时，具体用于：
计算所述目标姿态运动状态与所述观测姿态运动状态之间的姿态运动状态差值；
根据所述姿态运动状态差值，生成对舵面控制的所述第一控制指令和对旋翼动力系统控制的所述第二控制指令。
37.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至12任一项所述方法。
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