CN113110578A - 一种无人机的控制方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机的控制方法、系统及装置，该方案中，先确定无人机的期望能量变化率及期望法向加速度，再确定无人机的实际能量变化率及实际法向加速度，从而能够确定无人机的油门控制增量及升降舵控制增量，以通过油门控制增量和升降舵控制增量对无人机进行协同控制。其中，油门控制无人机总的能量变化率，包括高速和速度的能量变化率，升降舵控制无人机的法向加速度，以实现对无人机的高度和速度的协同控制。通过油门和升降舵的协调控制，能够达到期望的控制结果，且控制精度较高。

Description

一种无人机的控制方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及飞行控制领域，特别是涉及一种无人机的控制方法、系统及装置。

背景技术

在无人机的飞行过程中，可以基于指令高度和指令速度通过对油门和升降舵进行控制从而对无人机当前的飞行状态进行改变，其中，油门可以控制无人机的飞行速度，升降舵可以控制无人机飞行的高度。但是，油门和升降舵对无人机的控制具有耦合特性，具体地，对油门进行控制时不仅会对无人机的飞行速度产生影响，还会对无人机飞行的高度产生影响；控制升降舵时不仅会对无人机飞行的高度产生影响，还会对无人机的飞行速度产生影响。然而，在实际应用中，通常是想要保持无人机飞行的高度不变而只对飞行速度进行改变或者想要保持无人机的飞行速度不变而只对无人机飞行的高度进行控制，现有技术常常达不到想要的控制效果，控制精度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机的控制方法、系统及装置，通过油门和升降舵的协调控制，能够达到期望的控制结果，且控制精度较高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机的控制方法，包括：

确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度；

基于所述期望能量变化率及所述实际能量变化率确定所述无人机的油门控制增量；

基于所述期望法向加速度及所述实际法向加速度确定所述无人机的升降舵控制增量；

基于所述油门控制增量及所述升降舵控制增量对所述无人机进行控制。

优选地，确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度，包括：

基于所述无人机的当前速度、当前高度、指令高度及指令速度确定所述无人机的期望能量变化率及期望法向加速度；

基于所述无人机的当前高度和当前速度确定所述无人机的实际能量变化率；

确定所述无人机当前的实际法向加速度。

优选地，基于所述无人机的当前速度、当前高度、指令高度及指令速度确定所述无人机的期望能量变化率及期望法向加速度，包括：

基于所述无人机的指令高度和当前高度确定所述指令高度的变化率；

基于所述无人机的指令速度和当前速度确定所述指令速度的变化率；

基于所述无人机的质量、重力加速度以及所述指令高度的变化率之间的乘积、所述无人机的质量、当前速度以及所述指令速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定所述无人机的期望能量变化率；

确定所述无人机的所述当前速度的变化率和所述当前高度的变化率；

基于所述无人机的所述当前速度的变化率和所述指令速度的变化率确定所述无人机速度通道的法向加速度；

基于所述无人机的所述当前高度的变化率和所述指令高度的变化率确定所述无人机高度通道的法向加速度；

基于所述无人机速度通道的法向加速度和所述无人机高度通道的法向加速度确定所述期望法向加速度。

优选地，基于所述无人机的所述当前速度的变化率和所述指令速度的变化率确定所述无人机速度通道的法向加速度，包括：

基于所述无人机的所述当前速度的变化率、所述指令速度的变化率及第一关系式确定所述无人机速度通道的法向加速度；

所述第一关系式为：

其中，A_{法向-速度}为所述无人机速度通道的法向加速度，K_AV为速度系数，

为所述指令速度的变化率，

为所述无人机的当前速度的变化率；

基于所述无人机的所述当前高度的变化率和所述指令高度的变化率确定所述无人机高度通道的法向加速度，包括：

基于所述无人机的所述当前高度的变化率、所述指令高度的变化率及第二关系式确定所述无人机高度通道的法向加速度；

所述第二关系式为：

其中，A_{法向-高度}为所述无人机高度通道的法向加速度，K_Ah为高度系数，

为所述指令高度的变化率，

为所述无人机的当前高度的变化率；

基于所述无人机速度通道的法向加速度和所述无人机高度通道的法向加速度确定所述无人机的期望法向加速度，包括：

基于所述无人机速度通道的法向加速度、所述无人机高度通道的法向加速度及第三关系式确定所述无人机的期望法向加速度；

所述第三关系式为：

A_{法向-期望}＝A_{法向-速度}K_W+A_{法向-高度}(1-K_W)

其中，A_{法向-期望}为所述期望法向加速度，K_W为加权系数。

优选地，基于所述无人机的当前高度和当前速度确定所述无人机的实际能量变化率，包括：

基于所述无人机的当前速度确定所述无人机的所述当前速度的变化率；

基于所述无人机的当前高度确定所述无人机的所述当前高度的变化率；

基于所述无人机的质量、重力加速度以及所述当前高度的变化率之间的乘积、所述无人机的质量、所述当前速度以及所述当前速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定所述无人机的实际能量变化率。

优选地，基于所述期望能量变化率及所述实际能量变化率确定所述无人机的油门控制增量，包括：

基于所述期望能量变化率和所述无人机在最大油门时的能量变化率确定期望油门控制增量；

基于所述实际能量变化率、所述期望能量变化率以及所述无人机在最大油门时的能量变化率确定误差油门控制增量；

基于所述期望油门控制增量和所述误差油门控制增量的和确定所述无人机的油门控制增量。

优选地，基于所述期望法向加速度及所述实际法向加速度确定所述无人机的升降舵控制增量，包括：

基于所述期望法向加速度确定期望升降舵控制增量；

基于所述实际法向加速度及所述期望法向加速度确定误差升降舵控制增量；

基于所述期望升降舵控制增量和所述误差升降舵控制增量的和确定所述无人机的升降舵控制增量。

优选地，基于所述期望法向加速度确定期望升降舵控制增量，包括：

基于所述无人机的滚转角、所述期望法向加速度以及第四关系式确定期望过载；

所述第四关系式为：

其中，n_期望为所述期望过载，

为所述无人机的滚转角，A_{法向-期望}为所述期望法向加速度，g为重力加速度；

基于所述期望过载、所述无人机的动压、所述无人机在空中受到空气压力的受力面积、所述无人机的质量、重力加速度及第五关系式确定所述无人机达到期望过载时的升力系数；

所述第五关系式为：

其中，C_L-期望为达到所述期望过载时的升力系数，Q为所述无人机的动压，S为所述无人机在空中受到空气压力的受力面积，m为所述无人机的质量；

基于达到所述期望过载时的升力系数及第六关系式确定期望升降舵控制增量；

所述第六关系式为：

其中，δ_e1为所述期望升降舵控制增量，

为比例系数，C_L0为升降舵无偏转时的升力系数，

为升降舵单位偏转产生的升力系数增量；

基于所述实际法向加速度及所述期望法向加速度确定误差升降舵控制增量，包括：

基于所述实际法向加速度、所述期望法向加速度及第七关系式确定误差升降舵控制增量；

所述第七关系式为：

其中，δ_e2为所述误差升降舵控制增量，

为积分系数，A_法向为所述实际法向加速度，A_{法向-期望}为所述期望法向加速度。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种无人机的控制系统，包括：

第一确定单元，用于确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度；

第二确定单元，用于基于所述期望能量变化率及所述实际能量变化率确定所述无人机的油门控制增量；

第三确定单元，用于基于所述期望法向加速度及所述实际法向加速度确定所述无人机的升降舵控制增量；

控制单元，用于基于所述油门控制增量及所述升降舵控制增量对所述无人机进行控制。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种无人机的控制装置，包括；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述无人机的控制方法的步骤。

本申请提供了一种无人机的控制方法、系统及装置，该方案中，先确定无人机的期望能量变化率及期望法向加速度，再确定无人机的实际能量变化率及实际法向加速度，从而能够确定无人机的油门控制增量及升降舵控制增量，以通过油门控制增量和升降舵控制增量对无人机进行协同控制。其中，油门控制无人机总的能量变化率，包括高速和速度的能量变化率，升降舵控制无人机的法向加速度，以实现对无人机的高度和速度的协同控制。通过油门和升降舵的协调控制，能够达到期望的控制结果，且控制精度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和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为本申请提供的一种无人机的控制方法的流程示意图；

图2为本申请提供的一种对无人机的高度和速度控制方法的示意图；

图3为本申请提供的一种无人机的控制系统的结构示意图；

图4为本申请提供的一种无人机的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种无人机的控制方法、系统及装置，通过油门和升降舵的协调控制，能够达到期望的控制结果，且控制精度较高。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参照图1，图1为本申请提供的一种无人机的控制方法的流程示意图。

该方法包括：

S11：确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度；

考虑到现有技术中对无人机进行控制时，可以通过对升降舵进行控制从而改变无人机的高度，以及通过对油门进行控制从而改变无人机当前的速度。但是，当只对升降舵进行控制时，无人机的高度不仅发生了改变，其速度也发生了改变；当只对油门进行控制时，无人机的速度不仅发生了改变，其高度也发生了改变。然而现有技术中通常只需要对高度或只对速度进行改变，因此，如何实现期望的控制结果是当前急需解决的问题。

本申请中，先确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度，从而便于通过控制油门对无人机的总的能量变化率进行改变，通过升降舵控制法向加速度实现对无人机的总的能量变化率中速度和高度的分配，以实现最终达到期望的速度和高度。

需要说明的是，本申请中的期望能量变化率为从当前位置至指定位置的能量变化率，期望法向加速度可以为通过速度通道的法向加速度和高度通道的法向加速度加权得到，从而实现期望能量变化率中高度和速度的能量变化率的分配。

此外，本申请还确定无人机当前的实际能量变化率，以便基于无人机当前的实际能量变化率和期望能量变化率对无人机进行控制；还定无人机的实际法向加速度，以便后续和期望法向加速度对无人机的高度和速度进行控制。

其中，无人机的实际能量变化率和期望能量变化率之间可能存在误差能量变化率，可以通过消除误差能量变化率，以达到期望的控制结果。

S12：基于期望能量变化率及实际能量变化率确定无人机的油门控制增量；

在确定无人机的期望能量变化率和实际能量变化率后，确定油门控制增量，通过对油门的控制实现无人机的能量变化率的改变，从而达到期望能量变化率。

S13：基于期望法向加速度及实际法向加速度确定无人机的升降舵控制增量；

在确定了无人机的期望法向加速度和实际法向加速度后，确定升降舵控制增量，通过对升降舵的控制实现对能量变化率的分配，从而实现无人机的高度和速度的改变，以达到指令的高度和速度。

S14：基于油门控制增量及升降舵控制增量对无人机进行控制。

在确定无人机的油门控制增量和升降舵控制增量后，对无人机进行相应的控制，其中，油门控制增量可以改变无人机的能量变化率，升降舵通过控制法向加速度进行高度和速度的分配，从而实现油门和升降舵同时对无人机进行控制，以达到指令高度和指令速度。如图2所示，图2为本申请提供的一种对无人机的高度和速度控制方法的示意图。

综上，通过油门和升降舵的协调控制增量，能够达到指令高度和指令速度的控制结果，且控制精度较高。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度，包括：

基于无人机的当前速度、当前高度、指令高度及指令速度确定无人机的期望能量变化率及期望法向加速度；

基于无人机的当前高度和当前速度确定无人机的实际能量变化率；

确定无人机当前的实际法向加速度。

具体地，先获取无人机的当前速度和当前高度，再基于当前速度、当前高度、指令高度和指令速度确定无人机的期望能量变化率和期望法向加速度，从而便于通过控制油门对无人机的总的能量变化率进行改变，通过升降舵控制法向加速度实现对速度和高度的分配，以使无人机达到期望的速度和高度。

需要说明的是，本申请中的指令高度和指令速度可以为从当前位置到指定位置时需要达到的高度和速度，因此，期望能量变化率为从当前位置至指定位置的能量变化率，期望法向加速度可以为通过速度通道的法向加速度和高度通道的法向加速度加权得到，从而实现期望能量变化率中高度和速度的能量变化率的分配。

作为一种优选的实施例，基于无人机的当前速度、当前高度、指令高度及指令速度确定无人机的期望能量变化率及期望法向加速度，包括：

基于无人机的指令高度和当前高度确定指令高度的变化率；

基于无人机的指令速度和当前速度确定指令速度的变化率；

基于无人机的质量、重力加速度以及指令高度的变化率之间的乘积、无人机的质量、当前速度以及指令速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定无人机的期望能量变化率；

确定无人机的当前速度的变化率和当前高度的变化率；

基于无人机的当前速度的变化率和指令速度的变化率确定无人机速度通道的法向加速度；

基于无人机的当前高度的变化率和指令高度的变化率确定无人机高度通道的法向加速度；

基于无人机速度通道的法向加速度和无人机高度通道的法向加速度确定期望法向加速度。

本申请中，在确定无人机的期望能量变化率时，能量包括两部分，即无人机的势能和无人机的动能。其中，势能由无人机的高度位置决定，无人机的势能为mgh，h即为无人机当前的高度位置，无人机的势能的变化率即为无人机的势能的导数，即

即无人机的质量、重力加速度以及指令高度的变化率之间的乘积，也即为无人机到指令高度时的势能的能量变化率。动能由无人机的速度决定，无人机的动能为

V即为无人机当前的速度，无人机的动能的变化率即为无人机的动能的导数，也即为

即为无人机的质量、当前速度以及指令速度的变化率之间的乘积，也即为无人机到指令速度时的动能的能量变化率。

期望能量变化率为到指令速度和指令高度时势能和动能的总的能量变化率。具体地，基于无人机的质量、重力加速度以及指令高度的变化率之间的乘积、无人机的质量、当前速度以及指令速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定无人机的期望能量变化率，有但不仅限为如下公式：

其中，P_期望为期望能量变化率，m为无人机的质量，g为重力加速度，

为指令高度的变化率，V为当前速度，

为指令速度的变化率；

需要说明的是，指令高度的变化率可由指令高度和当前高度得到，即将指令高度减去当前高度得到的差值乘以K_h，即可得到指令高度的变化率，有但不仅限为如下公式：

K_h为高度增益，h_指令为指令高度，h为当前高度；

指令速度的变化率可由指令速度和当前速度得到，即将指令速度减去当前速度得到的差值乘以K_V，即可得到指令速度的变化率，有但不仅限为如下公式：

K_V为速度增益，V_指令为指令速度。

需要说明的是，本申请并不限定各个参数具体的字母表示。

此外，为了使无人机能够达到期望的速度和高度，还需要确定期望法向加速度，本申请中，先确定无人机当前速度的变化率以及当前高度的变化率，并分别确定无人机速度通道的法向加速度以及无人机高度通道的法向加速度，从而便于得知无人机当前的飞行状态，以确定期望法向加速度，使无人机从当前的飞行状态，以期望法向加速度运行至指令高度和指令速度。

作为一种优选的实施例，基于无人机的当前速度的变化率和指令速度的变化率确定无人机速度通道的法向加速度，包括：

基于无人机的当前速度的变化率、指令速度的变化率及第一关系式确定无人机速度通道的法向加速度；

第一关系式为：

其中，A_{法向-速度}为无人机速度通道的法向加速度，K_AV为速度系数，

为指令速度的变化率，

为无人机的当前速度的变化率；

基于无人机的当前高度的变化率和指令高度的变化率确定无人机高度通道的法向加速度，包括：

基于无人机的当前高度的变化率、指令高度的变化率及第二关系式确定无人机高度通道的法向加速度；

第二关系式为：

其中，A_{法向-高度}为无人机高度通道的法向加速度，K_Ah为高度系数，

为指令高度的变化率，

为无人机的当前高度的变化率；

基于无人机速度通道的法向加速度和无人机高度通道的法向加速度确定无人机的期望法向加速度，包括：

基于无人机速度通道的法向加速度、无人机高度通道的法向加速度及第三关系式确定无人机的期望法向加速度；

第三关系式为：

A_{法向-期望}＝A_{法向-速度}K_W+A_{法向-高度}(1-K_W)

其中，A_{法向-期望}为期望法向加速度，K_W为加权系数。

本实施例中，在确定期望法向加速度时，需先确定速度通道的法向加速度和高度通道的法向加速度，通过对速度通道的法向加速度和高度通道的法向加速度进行加权处理，最终得到期望法向加速度。具体地，加权系数通过速度控制和高度控制的优先级或重要性对期望法向加速度进行调节，例如，当前速度和指令速度之间的差值比当前高度和指令速度之间的差值大时，对速度的控制的优先级就更高。

其中，获取加权系数的公式可以但不限定为

IAS(Indexed Airspeed)为指示空速，IAS_指令指示空速指令，IAS_阈值为空速阈值，abs为取绝对值，lim将K_W的取值限制在0到1之间。

需要说明的是，在对加权系数K_W进行计算时，指示空速IAS为在海平面标准大气条件下，无人机和空气相对的速度，指示空速指令IAS_指令为设定的指示空速，空速阈值IAS_阈值为预设的指令空速的最大界限值。

作为一种优选的实施例，基于无人机的当前高度和当前速度确定无人机的实际能量变化率，包括：

基于无人机的当前速度确定无人机的当前速度的变化率；

基于无人机的当前高度确定无人机的当前高度的变化率；

基于无人机的质量、重力加速度以及当前高度的变化率之间的乘积、无人机的质量、当前速度以及当前速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定无人机的实际能量变化率。

本申请中，在确定无人机的实际能量变化率时，需先确定无人机的当前速度的变化率及当前高度的变化率。以便通过无人机的实际能量变化率和期望能量变化率确定需要的油门控制增量，从而便于后续对无人机进行控制，达到期望能量变化率。

其中，势能由无人机的高度位置决定，无人机的势能为mgh，h即为无人机当前的高度位置，无人机的当前势能的变化率即为无人机的势能的导数，即mg乘以h的导数。动能由无人机的速度决定，无人机的动能为

V即为无人机当前的速度，无人机的当前动能的变化率即为无人机的动能的导数，也即为mV乘以V的导数。

实际能量变化率为到当前无人机的势能和动能的总的能量变化率。具体地，基于无人机的质量、重力加速度以及当前高度的变化率之间的乘积、无人机的质量、当前速度以及当前速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定无人机的实际能量变化率，有但不仅限为如下公式：

其中，P实际为实际能量变化率，m为无人机的质量，g为重力加速度，

为无人机的当前高度的变化率，V为当前速度，

为无人机的当前速度的变化率。

作为一种优选的实施例，基于期望能量变化率及实际能量变化率确定无人机的油门控制增量，包括：

基于期望能量变化率和无人机在最大油门时的能量变化率确定期望油门控制增量；

基于实际能量变化率、期望能量变化率以及无人机在最大油门时的能量变化率确定误差油门控制增量；

基于期望油门控制增量和误差油门控制增量的和确定无人机的油门控制增量。

在通过油门对无人机进行控制时，先基于期望能量变化率和无人机在最大油门时的能量变化率确定期望油门控制增量，再通过期望能量变化率、实际能量变化率及无人机在最大油门时的能量变化率确定在对无人机控制时，为克服期望能量变化率与实际能量变化率之间的误差而需要的误差油门控制增量。

通过期望油门控制增量和误差油门控制增量对无人机进行控制，从而使无人机到达期望能量变化率，满足用户的要求。

其中，在对无人机的期望油门控制增量进行确定时，有但不仅限为如下公式：

δ_T1为期望油门控制增量，

为比例系数，P_期望为期望能量变化率，P_最大为无人机在最大油门时的能量变化率。

在对无人机的误差油门控制增量进行确定时，有但不仅限为如下公式：

δ_T2为误差油门控制增量，

为积分系数，P_实际为实际能量变化率。

在对无人机的实际的油门控制增量进行确定时，有但不仅限为如下公式：

δ_T＝δ_T1+δ_T2

其中，δ_T为油门控制增量。

作为一种优选的实施例，基于期望法向加速度及实际法向加速度确定无人机的升降舵控制增量，包括：

基于期望法向加速度确定期望升降舵控制增量；

基于实际法向加速度及期望法向加速度确定误差升降舵控制增量；

基于期望升降舵控制增量和误差升降舵控制增量的和确定无人机的升降舵控制增量。

在通过升降舵对无人机进行控制时，先确定期望升降舵控制增量，再确定在对无人机控制时，为克服期望法向加速度与实际法向加速度之间的误差而需要的误差升降舵控制增量。

通过期望升降舵控制增量和误差升降舵控制增量对无人机进行控制，从而使无人机的能量变化率得到合理的分配，使无人机到达指令高度和指令速度，满足用户的要求，控制精度更高。

作为一种优选的实施例，基于期望法向加速度确定期望升降舵控制增量，包括：

基于无人机的滚转角、期望法向加速度以及第四关系式确定期望过载；

第四关系式为：

其中，n_期望为期望过载，

为无人机的滚转角，A_{法向-期望}为期望法向加速度，g为重力加速度；

基于期望过载、无人机的动压、无人机在空中受到空气压力的受力面积、无人机的质量、重力加速度及第五关系式确定无人机达到期望过载时的升力系数；

第五关系式为：

其中，C_L-期望为达到期望过载时的升力系数，Q为无人机的动压，S为无人机在空中受到空气压力的受力面积，m为无人机的质量；

基于达到期望过载时的升力系数及第六关系式确定期望升降舵控制增量；

第六关系式为：

其中，δ_e1为期望升降舵控制增量，

为比例系数，C_L0为升降舵无偏转时的升力系数，

为升降舵单位偏转产生的升力系数增量；

基于实际法向加速度及期望法向加速度确定误差升降舵控制增量，包括：

基于实际法向加速度、期望法向加速度及第七关系式确定误差升降舵控制增量；

第七关系式为：

其中，δ_e2为误差升降舵控制增量，

为积分系数，A_法向为实际法向加速度，A_{法向-期望}为期望法向加速度。

在确定期望升降舵控制增量时，考虑到无人机在飞行过程中会受到大气的阻力，因此，先确定期望过载n_期望，其中，期望过载n_期望为无人机达到期望法向加速度时的过载，无人机的滚转角

为无人机在飞行过程中，相对于垂直于地面的方向偏转的角度；基于期望过载n_期望可以确定达到期望过载时的升力系数。

需要说明的是，升降舵用于控制无人机的俯仰，具体地，升降舵偏转时，会产生升力增量，升力增量产生俯仰力矩，从而控制无人机抬头或者低头，其中，第六关系式中，

为升降舵单位偏转产生的升力系数增量，也即升降舵的操纵效能，具体为升降舵偏转单位量(比如1度)时产生的升力系数增量。

此外，还需确定误差升降舵控制增量，即在对无人机的法向加速度进行控制时可能会产生误差，通过误差升降舵控制增量消除此误差。

需要说明的是，考虑到过载＝升力/质量，若要使无人机满足过载偏差，就需要产生对应的升力，这个升力由升降舵来产生，具体地，升力为

因此，通过期望升降舵控制增量和误差升降舵控制增量对无人机的法向加速度进行控制，从而达到指令高度和指令速度，满足用户的需求，控制精度更高。

基于此，可以确定对无人机当前的升降舵控制增量的公式可以但不仅限为如下公式：

δ_e＝δ_e1+δ_e2

其中，δ_e为无人机当前的升降舵控制增量。

请参照图3，图3为本申请提供的一种无人机的控制系统的结构示意图。

该系统包括：

第一确定单元1，用于确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度；

第二确定单元2，用于基于期望能量变化率及实际能量变化率确定无人机的油门控制增量；

第三确定单元3，用于基于期望法向加速度及实际法向加速度确定无人机的升降舵控制增量；

控制单元4，用于基于油门控制增量及升降舵控制增量对无人机进行控制。

对于本发明提供的一种无人机的控制系统的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

请参照图4，图4为本申请提供的一种无人机的控制装置的结构示意图。

该装置包括；

存储器5，用于存储计算机程序；

处理器6，用于执行计算机程序时实现如上述无人机的控制方法的步骤。

对于本发明提供的一种无人机的控制装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无人机的控制方法，其特征在于，包括：

确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度；

基于所述期望能量变化率及所述实际能量变化率确定所述无人机的油门控制增量；

基于所述期望法向加速度及所述实际法向加速度确定所述无人机的升降舵控制增量；

基于所述油门控制增量及所述升降舵控制增量对所述无人机进行控制。

2.如权利要求1所述的无人机的控制方法，其特征在于，确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度，包括：

基于所述无人机的当前速度、当前高度、指令高度及指令速度确定所述无人机的期望能量变化率及期望法向加速度；

基于所述无人机的当前高度和当前速度确定所述无人机的实际能量变化率；

确定所述无人机当前的实际法向加速度。

3.如权利要求2所述的无人机的控制方法，其特征在于，基于所述无人机的当前速度、当前高度、指令高度及指令速度确定所述无人机的期望能量变化率及期望法向加速度，包括：

基于所述无人机的指令高度和当前高度确定所述指令高度的变化率；

基于所述无人机的指令速度和当前速度确定所述指令速度的变化率；

基于所述无人机的质量、重力加速度以及所述指令高度的变化率之间的乘积、所述无人机的质量、当前速度以及所述指令速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定所述无人机的期望能量变化率；

确定所述无人机的所述当前速度的变化率和所述当前高度的变化率；

基于所述无人机的所述当前速度的变化率和所述指令速度的变化率确定所述无人机速度通道的法向加速度；

基于所述无人机的所述当前高度的变化率和所述指令高度的变化率确定所述无人机高度通道的法向加速度；

基于所述无人机速度通道的法向加速度和所述无人机高度通道的法向加速度确定所述期望法向加速度。

4.如权利要求3所述的无人机的控制方法，其特征在于，基于所述无人机的所述当前速度的变化率和所述指令速度的变化率确定所述无人机速度通道的法向加速度，包括：

基于所述无人机的所述当前速度的变化率、所述指令速度的变化率及第一关系式确定所述无人机速度通道的法向加速度；

所述第一关系式为：

其中，A_{法向-速度}为所述无人机速度通道的法向加速度，K_AV为速度系数，

_令为所述指令速度的变化率，

为所述无人机的当前速度的变化率；

基于所述无人机的所述当前高度的变化率和所述指令高度的变化率确定所述无人机高度通道的法向加速度，包括：

基于所述无人机的所述当前高度的变化率、所述指令高度的变化率及第二关系式确定所述无人机高度通道的法向加速度；

所述第二关系式为：

其中，A_{法向-高度}为所述无人机高度通道的法向加速度，K_Ah为高度系数，

_令为所述指令高度的变化率，

为所述无人机的当前高度的变化率；

基于所述无人机速度通道的法向加速度和所述无人机高度通道的法向加速度确定所述无人机的期望法向加速度，包括：

基于所述无人机速度通道的法向加速度、所述无人机高度通道的法向加速度及第三关系式确定所述无人机的期望法向加速度；

所述第三关系式为：

A_{法向-期望}＝A_{法向-速度}K_W+A_{法向-高度}(1-K_W)

其中，A_{法向-期望}为所述期望法向加速度，K_W为加权系数。

5.如权利要求2所述的无人机的控制方法，其特征在于，基于所述无人机的当前高度和当前速度确定所述无人机的实际能量变化率，包括：

基于所述无人机的当前速度确定所述无人机的所述当前速度的变化率；

基于所述无人机的当前高度确定所述无人机的所述当前高度的变化率；

基于所述无人机的质量、重力加速度以及所述当前高度的变化率之间的乘积、所述无人机的质量、所述当前速度以及所述当前速度的变化率之间的乘积及两个乘积之间的和确定所述无人机的实际能量变化率。

6.如权利要求1所述的无人机的控制方法，其特征在于，基于所述期望能量变化率及所述实际能量变化率确定所述无人机的油门控制增量，包括：

基于所述期望能量变化率和所述无人机在最大油门时的能量变化率确定期望油门控制增量；

基于所述实际能量变化率、所述期望能量变化率以及所述无人机在最大油门时的能量变化率确定误差油门控制增量；

基于所述期望油门控制增量和所述误差油门控制增量的和确定所述无人机的油门控制增量。

7.如权利要求1至6任一项所述的无人机的控制方法，其特征在于，基于所述期望法向加速度及所述实际法向加速度确定所述无人机的升降舵控制增量，包括：

基于所述期望法向加速度确定期望升降舵控制增量；

基于所述实际法向加速度及所述期望法向加速度确定误差升降舵控制增量；

基于所述期望升降舵控制增量和所述误差升降舵控制增量的和确定所述无人机的升降舵控制增量。

8.如权利要求7所述的无人机的控制方法，其特征在于，基于所述期望法向加速度确定期望升降舵控制增量，包括：

基于所述无人机的滚转角、所述期望法向加速度以及第四关系式确定期望过载；

所述第四关系式为：

其中，n_期望为所述期望过载，

为所述无人机的滚转角，A_{法向-期望}为所述期望法向加速度，g为重力加速度；

基于所述期望过载、所述无人机的动压、所述无人机在空中受到空气压力的受力面积、所述无人机的质量、重力加速度及第五关系式确定所述无人机达到期望过载时的升力系数；

所述第五关系式为：

其中，C_L-期望为达到所述期望过载时的升力系数，Q为所述无人机的动压，S为所述无人机在空中受到空气压力的受力面积，m为所述无人机的质量；

基于达到所述期望过载时的升力系数及第六关系式确定期望升降舵控制增量；

所述第六关系式为：

其中，δ_e1为所述期望升降舵控制增量，

为比例系数，C_L0为升降舵无偏转时的升力系数，

为升降舵单位偏转产生的升力系数增量；

基于所述实际法向加速度及所述期望法向加速度确定误差升降舵控制增量，包括：

基于所述实际法向加速度、所述期望法向加速度及第七关系式确定误差升降舵控制增量；

所述第七关系式为：

其中，δ_e2为所述误差升降舵控制增量，

为积分系数，A_法向为所述实际法向加速度，A_{法向-期望}为所述期望法向加速度。

9.一种无人机的控制系统，其特征在于，包括：

第一确定单元，用于确定无人机的期望能量变化率、期望法向加速度、实际能量变化率及实际法向加速度；

第二确定单元，用于基于所述期望能量变化率及所述实际能量变化率确定所述无人机的油门控制增量；

第三确定单元，用于基于所述期望法向加速度及所述实际法向加速度确定所述无人机的升降舵控制增量；

控制单元，用于基于所述油门控制增量及所述升降舵控制增量对所述无人机进行控制。

10.一种无人机的控制装置，其特征在于，包括；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述无人机的控制方法的步骤。

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