CN112486204A - 一种无人机抗风控制方法、装置、设备和无人机 - Google Patents

一种无人机抗风控制方法、装置、设备和无人机 Download PDF

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CN112486204A CN202011320878.5A CN202011320878A CN112486204A CN 112486204 A CN112486204 A CN 112486204A CN 202011320878 A CN202011320878 A CN 202011320878A CN 112486204 A CN112486204 A CN 112486204A
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Abstract

本申请公开了一种无人机抗风控制方法、装置、设备和无人机，方法包括：无人机接收输入的无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，飞行距离误差根据用户的设定距离和无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到；无人机通过抗风滤波器对风扰等效距离进行处理，通过控制器对飞行距离误差进行处理；无人机基于抗风滤波器的输出和控制器的输出修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，其中，实际距离等于雷达测量距离和风扰等效距离之和。解决了现有的无人机抗风能力较弱，容易受到风力影响，导致受力不稳，容易偏离航线的技术问题。

Description

一种无人机抗风控制方法、装置、设备和无人机
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机抗风控制方法、装置、设备和无人机。
背景技术
随着民用无人机的不断发展，无人机的应用越来越广泛。现有的无人机体积结构较小，质量较轻，在飞行时，容易受力风力的干扰。无人机在飞行的过程中，因受到风力的作用，容易导致无人机受力不稳，从而导致GPS信号丢失，或者偏离航线，甚至导致无人机撞机。
因此，为了保证无人机能够平稳的飞行，提高无人机的抗风能力是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种无人机抗风控制方法、装置、设备和无人机，用于解决现有的无人机抗风能力较弱，容易受到风力影响，导致受力不稳，容易偏离航线的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种无人机抗风控制方法，包括：
无人机接收输入的所述无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，所述飞行距离误差根据用户的设定距离和所述无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到；
所述无人机通过抗风滤波器对所述风扰等效距离进行处理，通过控制器对所述飞行距离误差进行处理；
所述无人机基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，其中，所述实际距离等于所述雷达测量距离和所述风扰等效距离之和。
可选的，所述抗风滤波器的输出为：
uT(t)＝L-1[T(s)]*w(t)；
其中，uT(t)为时刻t的抗风滤波器的输出，L-1为反拉式变换，T(s)为抗风滤波器工作的时间，w(t)为时刻t的风扰等效距离。
可选的，所述控制器的输出为：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
其中，u(t)为时刻t的控制器的输出，L-1为反拉式变换，C(s)为控制器工作的时间，e(t)为时刻t的飞行距离误差。
可选的，所述无人机基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，包括：
所述无人机基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述雷达测量距离，修正后的所述雷达测量距离为：
Figure BDA0002792852430000021
所述无人机基于修正后的所述雷达测量距离修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，修正后的所述实际距离为：
Figure BDA0002792852430000022
其中，||1+L-1[P(s)]L-1[T(s)]||∞→0，dp(t)为时刻t的修正后的雷达测量距离，d(t)为时刻t的修正后的实际距离，P(s)为无人机工作的时间。
本申请第二方面提供了一种无人机抗风控制装置，包括：
接收单元，用于接收输入的无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，所述飞行距离误差根据用户的设定距离和所述无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到；
抗风滤波器，用于对所述风扰等效距离进行处理；
控制器，用于对所述飞行距离误差进行处理；
修正单元，用于基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，其中，所述实际距离等于所述雷达测量距离和所述风扰等效距离之和。
可选的，所述抗风滤波器的输出为：
uT(t)＝L-1[T(s)]*w(t)；
其中，uT(t)为时刻t的抗风滤波器的输出，L-1为反拉式变换，T(s)为抗风滤波器工作的时间，w(t)为时刻t的风扰等效距离。
可选的，所述控制器的输出为：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
其中，u(t)为时刻t的控制器的输出，L-1为反拉式变换，C(s)为控制器工作的时间，e(t)为时刻t的飞行距离误差。
可选的，所述修正单元具体用于：
基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述雷达测量距离，修正后的所述雷达测量距离为：
Figure BDA0002792852430000031
基于修正后的所述雷达测量距离修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，修正后的所述实际距离为：
Figure BDA0002792852430000032
其中，||1+L-1[P(s)]L-1[T(s)]||∞→0，dp(t)为时刻t的修正后的雷达测量距离，d(t)为时刻t的修正后的实际距离，P(s)为无人机工作的时间。
本申请第三方面提供了一种无人机抗风控制设备，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的无人机抗风控制方法。
本申请第四方面提供了一种无人机，所述无人机包括第二方面任一种所述的无人机抗风控制装置。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种无人机抗风控制方法，包括：无人机接收输入的无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，飞行距离误差根据用户的设定距离和无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到；无人机通过抗风滤波器对风扰等效距离进行处理，通过控制器对飞行距离误差进行处理；无人机基于抗风滤波器的输出和控制器的输出修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，其中，实际距离等于雷达测量距离和风扰等效距离之和。
本申请中，通过抗风滤波器对输入的风扰等效距离进行处理，以确定无人机受风力干扰所产生的改变值，通过控制器对飞行误差进行处理，最终通过抗风滤波器的输出和控制器的输出来修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，从而起到抗风的作用，解决了现有的无人机抗风能力较弱，容易受到风力影响，导致受力不稳，容易偏离航线的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种无人机抗风控制方法的一个流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种无人机处于无风干扰状态下的受力情况示意图；
图3为本申请实施例提供的一种无人机处于无风干扰状态下的处理过程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种无人机处于风力干扰状态下的受力情况示意图；
图5为本申请实施例提供的一种无人机处于风力干扰状态下的处理过程的示意图；
图6为本申请实施例提供的增加抗风滤波器后的无人机的抗风处理过程的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种无人机抗风控制装置的一个结构示意图。
具体实施方式
本申请提供了一种无人机抗风控制方法、装置、设备和无人机，用于解决现有的无人机抗风能力较弱，容易受到风力影响，导致受力不稳，容易偏离航线的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
当无人机正常巡检时，无人机受到两种力：向上的推力T和向下的重力g，当无人机处于无风干扰状态时，此时T＝g，无人机的受力可以参考图2，其中，1为无人机，d为实际距离。
请参考图3，c为控制器，P为无人机，根据图2可知，当无人机处于无风力干扰状态时，飞行距离误差e(t)为：
e(t)＝d0(t)-d(t)；
其中，d0(t)为时刻t的用户的设定距离，d(t)为无人机飞行时在时刻t的实际距离；
控制器的输出为：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
其中，u(t)为控制器在时刻t的输出，L-1为反拉式变换，C(s)为控制器工作的时间，s为频率。
无人机飞行时的实际距离为：
d(t)＝L-1[P(s)]*u(t)；
当无人机处于稳态时，此时，e(t)＝0，可得：
u(t)＝0；
进而得到：
Figure BDA0002792852430000061
其中，constant表示常数。此时，用户的设定距离与无人机飞行的实际距离一致。
当无人机受到风力f干扰时，产生倾斜角θ，此时Tcosθ＝g，无人机受力情况请参考图4。
请参考图5，当无人机受到风力干扰时，此时，无人机飞行的实际距离d(t)为：
d(t)＝dp(t)+w(t)；
其中，dp(t)为时刻t的雷达测量距离，w(t)为时刻t的风扰等效距离。
此时，飞行距离误差为：
e(t)＝d0(t)-dp(t)；
控制器的输出为：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
雷达测量距离为：
dp(t)＝L-1[P(s)]*u(t)；
其中，L-1为反拉式变换，P(s)为无人机工作的时间。
由上式可得：
d(t)＝L-1[P(s)]*u(t)+w(t)；
当无人机处于稳态时，此时，e(t)＝0，可得：
u(t)＝0；
进而得到：
Figure BDA0002792852430000062
此时，无人机飞行的实际距离与用户的设定距离不一致，即无人机受风力干扰产生了偏离。
为了解决无人机容易受到风力干扰的影响，本申请通过了一种无人机抗风控制方法。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种无人机抗风控制方法的一个实施例，包括：
步骤101、无人机接收输入的无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，飞行距离误差根据用户的设定距离和无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到。
为了提高无人机的抗风能力，本申请实施例在无人机中增加抗风滤波器T，请参考图6，当无人机受到风力干扰时，将该无人机在风力干扰下产生的风扰等效距离w(t)以及飞行距离误差e(t)作为无人机的输入。其中，飞行距离误差根据用户的设定距离d0(t)和无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离dp(t)计算得到，即e(t)＝d0(t)-dp(t)。
步骤102、无人机通过抗风滤波器对风扰等效距离进行处理，通过控制器对飞行距离误差进行处理。
无人机接收到风扰等效距离w(t)以及飞行距离误差e(t)后，通过抗风滤波器对风扰等效距离w(t)进行处理，以确定无人机受风力干扰所产生的改变值，得到抗风滤波器的输出，即：
uT(t)＝L-1[T(s)]*w(t)；
其中，uT(t)为时刻t的抗风滤波器的输出，L-1为反拉式变换，T(s)为抗风滤波器工作的时间，w(t)为时刻t的风扰等效距离。
通过控制器对飞行距离误差进行处理，使得无人机根据该飞行距离误差来进行调整，减少飞行距离误差，得到控制器的输出，即：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
其中，u(t)为时刻t的控制器的输出，e(t)为时刻t的飞行距离误差。
步骤103、无人机基于抗风滤波器的输出和控制器的输出修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，其中，实际距离等于雷达测量距离和风扰等效距离之和。
无人机基于抗风滤波器的输出和控制器的输出修正雷达测量距离，修正后的雷达测量距离为：
Figure BDA0002792852430000071
无人机基于修正后的雷达测量距离修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，修正后的实际距离为：
Figure BDA0002792852430000081
其中，dp(t)为时刻t的修正后的雷达测量距离，d(t)为时刻t的修正后的实际距离，通过设计抗风滤波器的参数T(s)使得||1+L-1[P(s)]L-1[T(s)]||∞→0，使得无人机处于稳态，即d(t)＝L-1[P(s)]u(t)，参考无风干扰时，可知：
Figure BDA0002792852430000082
此时，修正后的实际距离等于用户的设定距离，从而起到了抗风作用，避免了无人机受风力干扰而产生偏离。
本申请实施例中，通过抗风滤波器对输入的风扰等效距离进行处理，以确定无人机受风力干扰所产生的改变值，通过控制器对飞行误差进行处理，最终通过抗风滤波器的输出和控制器的输出来修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，从而起到抗风的作用，解决了现有的无人机抗风能力较弱，容易受到风力影响，导致受力不稳，容易偏离航线的技术问题。
以上为本申请提供的一种无人机抗风控制方法，以下为本申请提供的一种无人机抗风控制装置。
请参考图7，本申请实施例提供的一种无人机抗风控制装置，包括：
接收单元701，用于接收输入的无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，飞行距离误差根据用户的设定距离和无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到；
抗风滤波器702，用于对风扰等效距离进行处理；
控制器703，用于对飞行距离误差进行处理；
修正单元704，用于基于抗风滤波器的输出和控制器的输出修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，其中，实际距离等于雷达测量距离和风扰等效距离之和。
作为进一步地改进，抗风滤波器702的输出为：
uT(t)＝L-1[T(s)]*w(t)；
其中，uT(t)为时刻t的抗风滤波器的输出，L-1为反拉式变换，T(s)为抗风滤波器工作的时间，w(t)为时刻t的风扰等效距离。
作为进一步地改进，控制器703的输出为：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
其中，u(t)为时刻t的控制器的输出，L-1为反拉式变换，C(s)为控制器工作的时间，e(t)为时刻t的飞行距离误差。
作为进一步地改进，修正单元704具体用于：
基于抗风滤波器的输出和控制器的输出修正雷达测量距离，修正后的雷达测量距离为：
Figure BDA0002792852430000091
基于修正后的雷达测量距离修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，修正后的实际距离为：
Figure BDA0002792852430000092
其中，||1+L-1[P(s)]L-1[T(s)]||∞→0，dp(t)为时刻t的修正后的雷达测量距离，d(t)为时刻t的修正后的实际距离，P(s)为无人机工作的时间。
本申请实施例中，通过抗风滤波器对输入的风扰等效距离进行处理，以确定无人机受风力干扰所产生的改变值，通过控制器对飞行误差进行处理，最终通过抗风滤波器的输出和控制器的输出来修正无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的实际距离等于用户的设定距离，从而起到抗风的作用，解决了现有的无人机抗风能力较弱，容易受到风力影响，导致受力不稳，容易偏离航线的技术问题。
本申请实施例还提供了一种无人机抗风控制设备，设备包括处理器以及存储器；
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行前述无人机抗风控制方法实施例中的无人机抗风控制方法。
本申请实施例还提供了一种无人机，该无人机包括前述无人机抗风控制装置实施例中的无人机抗风控制装置。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无人机抗风控制方法，其特征在于，包括：
无人机接收输入的所述无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，所述飞行距离误差根据用户的设定距离和所述无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到；
所述无人机通过抗风滤波器对所述风扰等效距离进行处理，通过控制器对所述飞行距离误差进行处理；
所述无人机基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，其中，所述实际距离等于所述雷达测量距离和所述风扰等效距离之和。
2.根据权利要求1所述的无人机抗风控制方法，其特征在于，所述抗风滤波器的输出为：
uT(t)＝L-1[T(s)]*w(t)；
其中，uT(t)为时刻t的抗风滤波器的输出，L-1为反拉式变换，T(s)为抗风滤波器工作的时间，w(t)为时刻t的风扰等效距离。
3.根据权利要求2所述的无人机抗风控制方法，其特征在于，所述控制器的输出为：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
其中，u(t)为时刻t的控制器的输出，L-1为反拉式变换，C(s)为控制器工作的时间，e(t)为时刻t的飞行距离误差。
4.根据权利要求3所述的无人机抗风控制方法，其特征在于，所述无人机基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，包括：
所述无人机基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述雷达测量距离，修正后的所述雷达测量距离为：
Figure FDA0002792852420000011
所述无人机基于修正后的所述雷达测量距离修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，修正后的所述实际距离为：
Figure FDA0002792852420000021
其中，||1+L-1[P(s)]L-1[T(s)]||∞→0，dp(t)为时刻t的修正后的雷达测量距离，d(t)为时刻t的修正后的实际距离，P(s)为无人机工作的时间。
5.一种无人机抗风控制装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收输入的无人机在风力干扰下的风扰等效距离和飞行距离误差，其中，所述飞行距离误差根据用户的设定距离和所述无人机在风力干扰下飞行时的雷达测量距离计算得到；
抗风滤波器，用于对所述风扰等效距离进行处理；
控制器，用于对所述飞行距离误差进行处理；
修正单元，用于基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，其中，所述实际距离等于所述雷达测量距离和所述风扰等效距离之和。
6.根据权利要求5所述的无人机抗风控制装置，其特征在于，所述抗风滤波器的输出为：
uT(t)＝L-1[T(s)]*w(t)；
其中，uT(t)为时刻t的抗风滤波器的输出，L-1为反拉式变换，T(s)为抗风滤波器工作的时间，w(t)为时刻t的风扰等效距离。
7.根据权利要求6所述的无人机抗风控制装置，其特征在于，所述控制器的输出为：
u(t)＝L-1[C(s)]*e(t)；
其中，u(t)为时刻t的控制器的输出，L-1为反拉式变换，C(s)为控制器工作的时间，e(t)为时刻t的飞行距离误差。
8.根据权利要求7所述的无人机抗风控制装置，其特征在于，所述修正单元具体用于：
基于所述抗风滤波器的输出和所述控制器的输出修正所述雷达测量距离，修正后的所述雷达测量距离为：
Figure FDA0002792852420000031
基于修正后的所述雷达测量距离修正所述无人机在风力干扰下的实际距离，使得修正后的所述实际距离等于所述用户的设定距离，修正后的所述实际距离为：
Figure FDA0002792852420000032
其中，||1+L-1[P(s)]L-1[T(s)]||∞→0，dp(t)为时刻t的修正后的雷达测量距离，d(t)为时刻t的修正后的实际距离，P(s)为无人机工作的时间。
9.一种无人机抗风控制设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的无人机抗风控制方法。
10.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括权利要求5-8任一项所述的无人机抗风控制装置。
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Application publication date: 20210312

Assignee: Guangdong Suixin Energy Technology Co.,Ltd.

Assignor: DALI BUREAU OF ULTRA HIGH VOLTAGE TRANSMISSION COMPANY, CHINA SOUTHERN POWER GRID Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980051117

Denomination of invention: A wind resistant control method, device, equipment, and drone for unmanned aerial vehicles

Granted publication date: 20211029

License type: Common License

Record date: 20231208