CN112817338B - 无人机的控制方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种无人机的控制方法、装置、存储介质及电子设备，包括：获取无人机的飞行控制量；根据飞行控制量通过预设的分配矩阵计算对应无人机每一机翼的控制指令；若任意控制指令不处于预设指令限幅范围内，根据控制指令与预设指令限幅范围的大小关系以及针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵；将控制指令限幅到预设指令限幅范围后，通过分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；根据飞行控制量、补偿参数矩阵以及限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据控制补偿量对飞行控制量进行补偿；根据补偿后的飞行控制量通过分配矩阵计算对应无人机每一机翼的新的控制指令，并根据新的控制指令控制无人机每一机翼工作。
Description
技术领域
本公开涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种无人机的控制方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
多旋翼无人机以及具有多旋翼组件的复合翼无人机具有非线性、中立稳定等特点，对无人机的控制执行系统要求较高。多旋翼无人机及复合翼无人机的滚转、俯仰和航向的控制力矩以及总拉力均要通过多个机翼的转速协调配合完成，因此要求无人机的控制执行系统具有强耦合。因为无人机电机的转速不可能无线增大或者无线减小，因此无人机的机翼的转速不可能无限增大或者减小，机翼的转速存在转速上、下限。当一个或多个机翼达到转速上限或下限时，即无人机的电机出现饱和现象时，不能输出足够的控制力矩和总拉力，易造成无人机失稳失控，导致无人机具有较高的坠机风险。
相关场景中，对滚转控制量R、俯仰控制量P、偏航控制量Y、总拉力控制量T进行统一限幅，通过分配矩阵得到每个机翼对应的电机的输出值，并对输出值进行[0，1]限幅后输出到机翼对应的电机；或者，分步限幅控制，具体地先对滚转控制量R以及俯仰控制量P进行控制分配，并在限幅后生成RP输出值，再对RP输出值以及总拉力控制量T进行分配及限幅，生成RPT输出值，进而对RPT输出值以及偏航控制量Y进行分配并限幅后输出RPTY到机翼对应的电机，从而降低由于电机饱和现象，造成不能输出足够的控制力矩和总拉力引起坠机的风险。
发明内容
本公开的目的是提供一种无人机的控制方法、装置、存储介质及电子设备，以部分地解决相关技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，本公开第一方面，提供一种无人机的控制方法，所述方法包括：
获取所述无人机的飞行控制量；
根据所述飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的控制指令；
在任意所述控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵；
将所述控制指令限幅到所述预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过所述分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；
根据所述飞行控制量、所述补偿参数矩阵以及所述限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据所述控制补偿量对所述飞行控制量进行补偿；
根据补偿后的飞行控制量通过所述分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的新的控制指令，并根据所述新的控制指令控制所述无人机每一机翼工作。
可选地，所述根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵，包括：
计算不处于所述预设指令限幅范围内的所述控制指令与所述预设指令限幅范围的边限值之间的差值；
通过所述差值的绝对值的最大值与调整参数之间的映射关系，从所述调整参数的预设取值范围内确定目标调整参数；
根据所述目标调整参数以及所述飞行控制量的预设补偿比例矩阵构建所述补偿参数矩阵，其中，所述预设补偿比例矩阵是根据所述飞行控制量中每一控制量的预设补偿比例构建的。
可选地，所述补偿参数矩阵K的表达式如下：
其中，g为所述目标调整参数，PR为所述飞行控制量中滚转控制量的预设补偿比例，PP为所述飞行控制量中俯仰控制量的预设补偿比例，PY为所述飞行控制量中偏航控制量的预设补偿比例，PT为所述飞行控制量中总拉力控制量的预设补偿比例。
可选地，所述获取所述无人机的飞行控制量，包括：
对所述无人机的飞行控制器计算得到的飞行控制量，通过归一矩阵进行归一化处理，得到无量纲化的所述飞行控制量。
可选地，所述获取所述无人机的飞行控制量，还包括：
在得到无量纲化的所述飞行控制量后，将所述飞行控制量中的滚转控制量、俯仰控制量以及偏航控制量限幅在第一预设区间，并将所述飞行控制量中的总拉力控制量限幅在第二预设区间，其中，所述第一预设区间以及所述第二预设区间是针对无量纲化的正常飞行控制量设定的最大取值范围。
可选地，所述归一矩阵B的表达式如下：
其中，Tmax为所述无人机的单个机翼的最大拉力，LR为滚转方向上无人机各机翼距离无人机重心的力臂长度的平均值，JR为无人机在滚转方向上的转动惯量，LP为俯仰方向上无人机各机翼距离所述无人机重心的力臂长度的平均值，JP为无人机在俯仰方向上的转动惯量，Tormax为所述单个机翼对应的电机的最大扭矩，JY为所述无人机在偏航方向上的转动惯量，m为无人机的质量。
可选地，所述方法还包括：
在所述无人机每一机翼的所述控制指令均处于所述预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令控制所述无人机每一机翼工作。
本公开第二方面，提供一种无人机的控制装置，所述装置包括：
获取模块，被配置为用于获取所述无人机的飞行控制量；
第一计算模块，被配置为用于根据所述飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的控制指令；
第一确定模块，被配置为用于在任意所述控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵；
第二计算模块，被配置为用于将所述控制指令限幅到所述预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过所述分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；
第二确定模块，被配置为用于根据所述飞行控制量、所述补偿参数矩阵以及所述限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据所述控制补偿量对所述飞行控制量进行补偿；
控制模块，被配置为用于根据补偿后的飞行控制量通过所述分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的新的控制指令，并根据所述新的控制指令控制所述无人机每一机翼工作。
可选地，所述第一确定模块，被配置为用于：
计算不处于所述预设指令限幅范围内的所述控制指令与所述预设指令限幅范围的边限值之间的差值；
通过所述差值的绝对值的最大值与调整参数之间的映射关系，从所述调整参数的预设取值范围内确定目标调整参数；
根据所述目标调整参数以及所述飞行控制量的预设补偿比例矩阵构建所述补偿参数矩阵，其中，所述预设补偿比例矩阵是根据所述飞行控制量中每一控制量的预设补偿比例构建的。
可选地，所述补偿参数矩阵K的表达式如下：
其中，g为所述目标调整参数，PR为所述飞行控制量中滚转控制量的预设补偿比例，PP为所述飞行控制量中俯仰控制量的预设补偿比例，PY为所述飞行控制量中偏航控制量的预设补偿比例，PT为所述飞行控制量中总拉力控制量的预设补偿比例。
可选地，所述获取模块，被配置为用于对所述无人机的飞行控制器计算得到的飞行控制量，通过归一矩阵进行归一化处理，得到无量纲化的所述飞行控制量。
可选地，所述获取模块，还被配置为用于在得到无量纲化的所述飞行控制量后，将所述飞行控制量中的滚转控制量、俯仰控制量以及偏航控制量限幅在第一预设区间，并将所述飞行控制量中的总拉力控制量限幅在第二预设区间，其中，所述第一预设区间以及所述第二预设区间是针对无量纲化的正常飞行控制量设定的最大取值范围。
可选地，所述归一矩阵B的表达式如下：
其中，Tmax为所述无人机的单个机翼的最大拉力，LR为滚转方向上无人机各机翼距离无人机重心的力臂长度的平均值，JR为无人机在滚转方向上的转动惯量，LP为俯仰方向上无人机各机翼距离所述无人机重心的力臂长度的平均值，JP为无人机在俯仰方向上的转动惯量，Tormax为所述单个机翼对应的电机的最大扭矩，JY为所述无人机在偏航方向上的转动惯量，m为无人机的质量。
可选地，所述控制模块，还被配置为用于在所述无人机每一机翼的所述控制指令均处于所述预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令控制所述无人机每一机翼工作。
本公开第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
本公开第四方面，提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
通过上述技术方案，至少可以达到以下技术效果：
通过获取无人机的飞行控制量；根据飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的控制指令；在任意控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据控制指令与预设指令限幅范围的大小关系，以及针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵；将控制指令限幅到预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；根据飞行控制量、补偿参数矩阵以及限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据控制补偿量对飞行控制量进行补偿；根据补偿后的飞行控制量通过分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的新的控制指令，并根据新的控制指令控制无人机每一机翼工作。这样，基于控制指令与预设指令限幅范围的大小关系，以及针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵确定的补偿参数矩阵，对飞行控制量进行补偿，能够降低无人机每一机翼对应的电机饱和风险，并保证无人机每一机翼电机的最大动力性能，进而提高无人机的飞行稳定性，降低无人机的坠机风险。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性示出的一种无人机的控制方法的流程图。
图2是根据一示例性示出的一种实现图1中步骤S13的流程图。
图3是根据一示例性示出的另一种无人机的控制方法的流程图。
图4是根据一示例性示出的另一种无人机的控制方法的流程图。
图5是根据一示例性示出的另一种无人机的控制方法的流程图。
图6是根据一示例性示出的另一种无人机的控制方法的流程图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种确定控制补偿量的流程图。
图8是根据一示例性实施例示出的一种无人机的控制装置的框图。
图9是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
需要说明的是，在本公开中，说明书和权利要求书以及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必理解为描述特定的顺序或先后次序。同理，术语“S12”、“S51”等是用于区别方法步骤，而不必理解为描述特定的执行顺序。
相关场景中，对飞行控制量中的滚转控制量R、俯仰控制量P、偏航控制量Y、总拉力控制量T进行统一限幅，例如每一控制量均限幅在[0,1]，因而大于电机最大转速的控制指令均限制在最大转速，虽然能够发挥无人机的电机的最大动力性能，但是在分配控制力拒和总拉力时，机翼对应的电机仍然存在饱和的风险，且在电机饱和时无法判断是哪个飞行控制量导致的。
而分步限幅控制中，对每一飞行控制量分步给定固定的限幅值，例如，将飞行控制量中的滚转控制量R以及俯仰控制量P限幅在[0,0.6]，得到RP输出值，再对总拉力控制量T进行在限幅[0,0.3]，得到RPT输出值，进而对偏航控制量Y进行限幅在[0,0.1]，得到输出RPTY。虽然能够避免无人机的机翼电机出现饱和现象，但是限制了无人机的机翼电机的最大动力性能。
为此，本公开提供一种无人机的控制方法，在降低无人机每一机翼对应的电机饱和风险的同时，保证无人机每一机翼电机的最大动力性能。
图1是根据一示例性示出的一种无人机的控制方法的流程图，可以理解的是，执行该控制方法的主体可以是无人机的飞行控制器，也可以是无人机上设置的其他控制器，如图1所示，所述方法包括以下步骤。
在步骤S11中，获取无人机的飞行控制量。
在步骤S12中，根据飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的控制指令。
在步骤S13中，在任意控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据控制指令与预设指令限幅范围的大小关系，以及针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵。
在步骤S14中，将控制指令限幅到预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量。
在步骤S15中，根据飞行控制量、补偿参数矩阵以及限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据控制补偿量对飞行控制量进行补偿。
在步骤S16中，根据补偿后的飞行控制量通过分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的新的控制指令，并根据新的控制指令控制无人机每一机翼工作。
在具体实施时，飞行控制量包括滚转控制量、俯仰控制量、偏航控制量以及总拉力控制量。具体地，根据滚转控制量、俯仰控制量、偏航控制量以及总拉力控制量构建控制量矩阵，将控制量矩阵乘以预设的分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的控制指令。
值得说明的是，控制量矩阵中的控制量顺序不同，预设的分配矩阵不同。例如，若控制量矩阵中控制量顺序为滚转控制量、俯仰控制量、偏航控制量、总拉力控制量，则控制量矩阵乘以预设的第一分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的控制指令；若控制量矩阵中控制量顺序为俯仰控制量、滚转控制量、偏航控制量、总拉力控制量，则控制量矩阵乘以预设的第二分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的控制指令。
进一步地，预设指令限幅范围根据无人机机翼的非饱和指令范围确定，例如，预设指令限幅范围处于非饱和指令范围内，这样，可以在无人机濒临饱和时，即使对飞行控制量进行补偿，防止无人机进入饱和状态。示例地，根据无人机机翼的非饱和指令范围为[0,1]，确定预设指令限幅范围为[0.1,0.9]。进而在任意控制指令不处于预设指令限幅范围[0.1,0.9]内的情况下，确定需要对飞行控制量进行补偿。
进一步地，通过飞行控制量减去限幅后的飞行控制量，再乘以补偿参数矩阵得到控制补偿量，根据控制补偿量对飞行控制量进行补偿具体为通过飞行控制量减去控制补偿量，得到补偿后的飞行控制量。
具体地，将控制指令限幅到预设指令限幅范围[0.1,0.9]内，并根据限幅后的控制指令构建控制指令矩阵，将控制指令矩阵乘以分配矩阵的逆矩阵，计算得到限幅后的飞行控制量。
在一种可能实现的方式中，确定新的控制指令是否处于最大限幅范围内，若新的控制指令处于最大限幅范围内，则根据新的控制指令控制无人机每一机翼工作；若新的控制指令不处于最大限幅范围内，则将新的控制指令经过最大限幅范围进行限幅后，根据最大限幅后的新的控制指令控制无人机每一机翼工作。
示例地，确定新的控制指令是否处于最大限幅范围[0,1]内，若新的控制指令处于最大限幅范围[0,1]内，则根据新的控制指令控制无人机每一机翼工作；若新的控制指令不处于最大限幅范围[0,1]内，则将新的控制指令经过最大限幅范围进行限幅后，根据最大限幅后的新的控制指令控制无人机每一机翼工作。例如，在第一机翼对应的新的控制指令为1.2的情况下，将该新的控制指令限幅到1，并根据最大限幅后的新的控制指令1控制该第一机翼工作。
采用上述技术方案，通过获取无人机的飞行控制量；根据飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的控制指令；在任意控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据控制指令与预设指令限幅范围的大小关系，以及针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵；将控制指令限幅到预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；根据飞行控制量、补偿参数矩阵以及限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据控制补偿量对飞行控制量进行补偿；根据补偿后的飞行控制量通过分配矩阵，计算对应无人机每一机翼的新的控制指令，并根据新的控制指令控制无人机每一机翼工作。这样，基于控制指令与预设指令限幅范围的大小关系，以及针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵确定的补偿参数矩阵，对飞行控制量进行补偿，能够降低无人机每一机翼对应的电机饱和风险，并保证无人机每一机翼电机的最大动力性能，进而提高无人机的飞行稳定性，降低无人机的坠机风险。
在上述实施例的基础上，图2是根据一示例性示出的一种实现图1中步骤S13的流程图，在步骤S13中，所述根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵，包括以下步骤。
在步骤S131中，计算不处于预设指令限幅范围内的控制指令与预设指令限幅范围的边限值之间的差值。
在步骤S132中，通过差值的绝对值的最大值与调整参数之间的映射关系，从调整参数的预设取值范围内确定目标调整参数。
在步骤S133中，根据目标调整参数以及飞行控制量的预设补偿比例矩阵构建补偿参数矩阵，其中，预设补偿比例矩阵是根据飞行控制量中每一控制量的预设补偿比例构建的。
具体地，在任意控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，确定不处于预设指令限幅范围内的控制指令与预设指令限幅范围的大小关系，具体地，确定不处于预设指令限幅范围内的控制指令大于预设指令限幅范围的上限值，计算该不处于预设指令限幅范围内的控制指令与预设指令限幅范围的上限值之间的差值；或者，确定不处于预设指令限幅范围内的控制指令小于预设指令限幅范围的下限值，计算该不处于预设指令限幅范围内的控制指令与预设指令限幅范围的下限值之间的差值。
进一步地，目标调整参数与差值的绝对值的最大值与呈线性正相关，具体地，差值的绝对值的最大值越大，确定的目标调整参数越大。其中，预设取值范围与无人机执行的飞行任务有关，例如，预设取值范围与运送货物的防颠簸性要求有关。示例地，调整参数的预设取值范围可以是[0.8,1.2]。
进一步地，通过目标调整参数乘以飞行控制量的预设补偿比例矩阵构建补偿参数矩阵。
在上述实施例的基础上，所述补偿参数矩阵K的表达式如下：
其中，g为所述目标调整参数，PR为所述飞行控制量中滚转控制量的预设补偿比例，PP为所述飞行控制量中俯仰控制量的预设补偿比例，PY为所述飞行控制量中偏航控制量的预设补偿比例，PT为所述飞行控制量中总拉力控制量的预设补偿比例。
在具体实施时，补偿比例矩阵中的每一控制量的预设补偿比例根据该控制量对无人机飞行的影响大小确定的，具体地，预设补偿比例的取值与对应控制量对无人机飞行稳定性的影响大小呈负相关。
示例地，偏航控制量对无人机飞行稳定性的影响最小，因而预设补偿比例取值最大，总拉力控制量对无人机飞行稳定性的影响大于偏航控制量，因而预设补偿比例取值小于偏航控制量的预设补偿比例，滚转控制量以及俯仰控制量对无人机飞行稳定性的影响最大，因而预设补偿比例取值最小。
经过试验验证，当PR的取值为0.6，PP的取值为0.6，PY的取值为1.0，PT的取值为0.9的情况下，补偿后的飞行控制量能够较大程度上保证无人机的飞行稳定性。
采用上述技术方案，基于针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵确定的补偿参数矩阵，对飞行控制量进行补偿，能够降低无人机每一机翼对应的电机饱和风险，并保证无人机每一机翼电机的最大动力性能，进而提高无人机的飞行稳定性，降低无人机的坠机风险。
在上述实施例的基础上，图3是根据一示例性示出的另一种无人机的控制方法的流程图，在步骤S11中，所述获取所述无人机的飞行控制量，包括以下步骤。
在步骤S111中，对无人机的飞行控制器计算得到的飞行控制量，通过归一矩阵进行归一化处理，得到无量纲化的所述飞行控制量。
采用上述技术方案，可以实现飞行控制量的无量纲化，便于飞行控制器在通过分配矩阵计算每一机翼控制指令。
在上述实施例的基础上，图4是根据一示例性示出的另一种无人机的控制方法的流程图，在步骤S11中，所述获取所述无人机的飞行控制量，还包括以下步骤。
在步骤S112中，对在得到无量纲化的所述飞行控制量后，将飞行控制量中的滚转控制量、俯仰控制量以及偏航控制量限幅在第一预设区间，并将飞行控制量中的总拉力控制量限幅在第二预设区间，其中，所述第一预设区间以及所述第二预设区间是针对无量纲化的正常飞行控制量设定的最大取值范围。
可以理解的是，正常飞行控制量设定的最大取值范围，若飞行控制量不处于预设区间内，通过分配矩阵计算后的控制指令为无效指令，飞行控制器需要重新确定飞行控制量，再通过分配矩阵计算控制指令。若多次重新确定飞行控制量，无人机在长时间内处于非受控状态，导致无人机出现坠机的风险增加。
在具体实施时，第一预设区间可以是[-0.5,0.5]，第二预设区间可以是[0,1]。例如，通过第一限幅电路将滚转控制量、俯仰控制量以及偏航控制量限幅在第一预设区间[-0.5,0.5]内，通过第二限幅电路将总拉力控制量限幅在第二预设区间[0,1]内。
同理，对补偿后的飞行控制量进行限幅，以避免补偿后的飞行控制量计算得到的新的控制指令为无效指令。例如，将补偿后的滚转控制量、俯仰控制量以及偏航控制量限幅在[-0.5,0.5]，将补偿后的总拉力控制量限幅在[0,1]。
采用上述技术方案，对无量纲化后的飞行控制量进行限幅，即可以避免无人机重新确定飞行控制量，还可以防止外界大幅度干扰脉冲对无人机飞行控制的干扰，提高了无人机的飞行稳定性，降低了无人机的坠机风险。
在上述实施例的基础上，所述归一矩阵B的表达式如下：
其中，Tmax为所述无人机的单个机翼的最大拉力，LR为滚转方向上无人机各机翼距离无人机重心的力臂长度的平均值，JR为无人机在滚转方向上的转动惯量，LP为俯仰方向上无人机各机翼距离所述无人机重心的力臂长度的平均值，JP为无人机在俯仰方向上的转动惯量，Tormax为所述单个机翼对应的电机的最大扭矩，JY为所述无人机在偏航方向上的转动惯量，m为无人机的质量。
在上述实施例的基础上，图5是根据一示例性示出的另一种无人机的控制方法的流程图，所述方法还包括以下步骤。
在步骤S51中，在无人机每一机翼的控制指令均处于预设指令限幅范围内的情况下，根据控制指令控制无人机每一机翼工作。
示例地，在无人机每一机翼的控制指令均处于预设指令限幅范围[0.1,0.9]内的情况下，根据控制指令控制无人机每一机翼工作。这样，每一机翼的控制指令均留有控制余量，在大风、大机动飞行的情况下，既可以防止无人机每一机翼对应的电机饱和，又可以保证无人机每一机翼电机的最大动力性能，进而提高无人机的飞行稳定性，降低无人机的坠机风险。
图6是根据一示例性实施例示出的另一种无人机的控制方法的流程图。参见图6所示，在获取到飞行控制量的情况下，调用预设的归一矩阵，并基于矩阵乘法对飞行控制量进行归一化，得到无量纲化的飞行控制量，并将无量纲化的飞行控制量输入到抗饱和控制器，以通过抗饱和控制器得到控制补偿量。
进一步地，通过飞行控制量减去控制补偿量得到补偿后的飞行控制量，并通过第三限幅电路，对补偿后的飞行控制量进行限幅，限幅方式已在图4中详细说明，此处不再赘述。
进一步地，基于矩阵乘法，将限幅后的补偿飞行控制量乘以分配矩阵，得到无人机每一机翼的新的控制指令，并通过第四限幅电路，对新的控制指令进行限幅，输出限幅后的新的控制指令，以根据限幅后的新的控制指令控制无人机每一机翼工作。
图7是根据一示例性实施例示出的一种确定控制补偿量的流程图。参见图7所示，抗饱和控制器在接收到无量纲化的飞行控制量的情况下，通过第一限幅电路对无量纲化的飞行控制量进行限幅，具体限幅方式已在图4中详细说明，此处不再赘述。
进一步地，基于矩阵乘法，将限幅后的飞行控制量乘以分配矩阵，得到无人机每一机翼的控制指令，并在确定任意控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，基于预设指令限幅范围，通过第二限幅电路对控制指令进行限幅。
进一步地，基于矩阵乘法，将限幅后的控制指令乘以分配矩阵的逆矩阵，得到新的限幅后的飞行控制量，并将飞行控制量减去新的限幅后的飞行控制量，并基于矩阵乘法，将得到的输出值乘以补偿参数矩阵，得到控制补偿量。
基于相同的发明构思，本公开还提供一种无人机的控制装置，用于执行上述方法实施例提供的无人机的控制方法的步骤，该装置可以以软件、硬件或者两者相结合的方式实现无人机的控制方法。图8是根据一示例性实施例示出的一种无人机的控制装置800的框图，如图8所示，所述装置800包括：获取模块810，第一计算模块820，第一确定模块830，第二计算模块840，第二确定模块850和控制模块860。
其中，获取模块810，被配置为用于获取所述无人机的飞行控制量；
第一计算模块820，被配置为用于根据所述飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的控制指令；
第一确定模块830，被配置为用于在任意所述控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵；
第二计算模块840，被配置为用于将所述控制指令限幅到所述预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过所述分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；
第二确定模块850，被配置为用于根据所述飞行控制量、所述补偿参数矩阵以及所述限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据所述控制补偿量对所述飞行控制量进行补偿；
控制模块860，被配置为用于根据补偿后的飞行控制量通过所述分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的新的控制指令，并根据所述新的控制指令控制所述无人机每一机翼工作。
采用上述装置，基于控制指令与预设指令限幅范围的大小关系，以及针对无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵确定的补偿参数矩阵，对飞行控制量进行补偿，能够降低无人机每一机翼对应的电机饱和风险，并保证无人机每一机翼电机的最大动力性能，进而提高无人机的飞行稳定性，降低无人机的坠机风险。
可选地，所述第一确定模块830，被配置为用于：
计算不处于所述预设指令限幅范围内的所述控制指令与所述预设指令限幅范围的边限值之间的差值；
通过所述差值的绝对值的最大值与调整参数之间的映射关系，从所述调整参数的预设取值范围内确定目标调整参数；
根据所述目标调整参数以及所述飞行控制量的预设补偿比例矩阵构建所述补偿参数矩阵，其中，所述预设补偿比例矩阵是根据所述飞行控制量中每一控制量的预设补偿比例构建的。
可选地，所述补偿参数矩阵K的表达式如下：
其中，g为所述目标调整参数，PR为所述飞行控制量中滚转控制量的预设补偿比例，PP为所述飞行控制量中俯仰控制量的预设补偿比例，PY为所述飞行控制量中偏航控制量的预设补偿比例，PT为所述飞行控制量中总拉力控制量的预设补偿比例。
可选地，所述获取模块810，被配置为用于对所述无人机的飞行控制器计算得到的飞行控制量，通过归一矩阵进行归一化处理，得到无量纲化的所述飞行控制量。
可选地，所述获取模块810，还被配置为用于在得到无量纲化的所述飞行控制量后，将所述飞行控制量中的滚转控制量、俯仰控制量以及偏航控制量限幅在第一预设区间，并将所述飞行控制量中的总拉力控制量限幅在第二预设区间，其中，所述第一预设区间以及所述第二预设区间是针对无量纲化的正常飞行控制量设定的最大取值范围。
可选地，所述归一矩阵B的表达式如下：
其中，Tmax为所述无人机的单个机翼的最大拉力，LR为滚转方向上无人机各机翼距离无人机重心的力臂长度的平均值，JR为无人机在滚转方向上的转动惯量，LP为俯仰方向上无人机各机翼距离所述无人机重心的力臂长度的平均值，JP为无人机在俯仰方向上的转动惯量，Tormax为所述单个机翼对应的电机的最大扭矩，JY为所述无人机在偏航方向上的转动惯量，m为无人机的质量。
可选地，所述控制模块860，还被配置为用于在所述无人机每一机翼的所述控制指令均处于所述预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令控制所述无人机每一机翼工作。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
此外值得说明的是，为描述的方便和简洁，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，其所涉及的部分并不一定是本发明所必须的，例如，获取模块810和第一计算模块820，在具体实施时可以是相互独立的装置也可以是同一个装置，本公开对此不作限定。
本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现无人机的控制方法中任一项方法的步骤。
本公开还提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现无人机的控制方法中任一项方法的步骤。
图9是根据一示例性实施例示出的一种电子设备1900的框图。例如，电子设备1900可以被提供为一无人机控制器。参照图9，电子设备1900包括处理器1922，以及存储器1932，用于存储可由处理器1922执行的计算机程序。存储器1932中存储的计算机程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理器1922可以被配置为执行该计算机程序，以执行上述的无人机的控制方法。
另外，电子设备1900还可以包括电源组件1926和通信组件1950，该电源组件1926可以被配置为执行电子设备1900的电源管理，该通信组件1950可以被配置为实现电子设备1900的通信，例如，有线或无线通信。此外，该电子设备1900还可以包括输入/输出（I/O）接口1958。电子设备1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如WindowsServerTM，Mac OS XTM，UnixTM，LinuxTM等等。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的无人机的控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器1932，上述程序指令可由电子设备1900的处理器1922执行以完成上述的无人机的控制方法。
在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的无人机的控制方法的代码部分。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (9)
1.一种无人机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述无人机的飞行控制量；
根据所述飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的控制指令；
在任意所述控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵，所述预设指令限幅范围根据无人机机翼的非饱和指令范围确定；
将所述控制指令限幅到所述预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过所述分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；
根据所述飞行控制量、所述补偿参数矩阵以及所述限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据所述控制补偿量对所述飞行控制量进行补偿；
根据补偿后的飞行控制量通过所述分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的新的控制指令，并根据所述新的控制指令控制所述无人机每一机翼工作；
其中，所述根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵，包括：
计算不处于所述预设指令限幅范围内的所述控制指令与所述预设指令限幅范围的边限值之间的差值；
通过所述差值的绝对值的最大值与调整参数之间的映射关系，从所述调整参数的预设取值范围内确定目标调整参数；
根据所述目标调整参数以及所述飞行控制量的预设补偿比例矩阵构建所述补偿参数矩阵，其中，所述预设补偿比例矩阵是根据所述飞行控制量中每一控制量的预设补偿比例构建的，预设补偿比例的取值与对应控制量对无人机飞行稳定性的影响大小呈负相关。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿参数矩阵K的表达式如下：
其中，g为所述目标调整参数，PR为所述飞行控制量中滚转控制量的预设补偿比例，PP为所述飞行控制量中俯仰控制量的预设补偿比例，PY为所述飞行控制量中偏航控制量的预设补偿比例，PT为所述飞行控制量中总拉力控制量的预设补偿比例。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取所述无人机的飞行控制量，包括：
对所述无人机的飞行控制器计算得到的飞行控制量，通过归一矩阵进行归一化处理，得到无量纲化的所述飞行控制量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述无人机的飞行控制量，还包括：
在得到无量纲化的所述飞行控制量后，将所述飞行控制量中的滚转控制量、俯仰控制量以及偏航控制量限幅在第一预设区间，并将所述飞行控制量中的总拉力控制量限幅在第二预设区间，其中，所述第一预设区间以及所述第二预设区间是针对无量纲化的正常飞行控制量设定的最大取值范围。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述归一矩阵B的表达式如下：
其中，Tmax为所述无人机的单个机翼的最大拉力，LR为滚转方向上无人机各机翼距离无人机重心的力臂长度的平均值，JR为无人机在滚转方向上的转动惯量，LP为俯仰方向上无人机各机翼距离所述无人机重心的力臂长度的平均值，JP为无人机在俯仰方向上的转动惯量，Tormax为所述单个机翼对应的电机的最大扭矩，JY为所述无人机在偏航方向上的转动惯量，m为无人机的质量。
6.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：
在所述无人机每一机翼的所述控制指令均处于所述预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令控制所述无人机每一机翼工作。
7.一种无人机的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，被配置为用于获取所述无人机的飞行控制量；
第一计算模块，被配置为用于根据所述飞行控制量通过预设的分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的控制指令；
第一确定模块，被配置为用于在任意所述控制指令不处于预设指令限幅范围内的情况下，根据所述控制指令与所述预设指令限幅范围的大小关系，以及针对所述无人机的飞行控制量预设的补偿比例矩阵，确定补偿参数矩阵，所述预设指令限幅范围根据无人机机翼的非饱和指令范围确定；
第二计算模块，被配置为用于将所述控制指令限幅到所述预设指令限幅范围，并将限幅后的控制指令通过所述分配矩阵的逆矩阵计算得到限幅后的飞行控制量；
第二确定模块，被配置为用于根据所述飞行控制量、所述补偿参数矩阵以及所述限幅后的飞行控制量确定控制补偿量，并根据所述控制补偿量对所述飞行控制量进行补偿；
控制模块，被配置为用于根据补偿后的飞行控制量通过所述分配矩阵，计算对应所述无人机每一机翼的新的控制指令，并根据所述新的控制指令控制所述无人机每一机翼工作；
所述第一确定模块，被配置为用于：
计算不处于所述预设指令限幅范围内的所述控制指令与所述预设指令限幅范围的边限值之间的差值；
通过所述差值的绝对值的最大值与调整参数之间的映射关系，从所述调整参数的预设取值范围内确定目标调整参数；
根据所述目标调整参数以及所述飞行控制量的预设补偿比例矩阵构建所述补偿参数矩阵，其中，所述预设补偿比例矩阵是根据所述飞行控制量中每一控制量的预设补偿比例构建的，预设补偿比例的取值与对应控制量对无人机飞行稳定性的影响大小呈负相关。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
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