CN114435603B - 多旋翼飞行控制方法、飞行控制器及飞行器 - Google Patents

多旋翼飞行控制方法、飞行控制器及飞行器 Download PDF

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CN114435603B CN202210174602.3A CN202210174602A CN114435603B CN 114435603 B CN114435603 B CN 114435603B CN 202210174602 A CN202210174602 A CN 202210174602A CN 114435603 B CN114435603 B CN 114435603B
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Abstract

本申请涉及一种多旋翼飞行控制方法、飞行控制器及飞行器。该方法包括：接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集；根据所述第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，所述第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速；在判断出所述第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，通过分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号。本申请提供的方案，能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。

Description

多旋翼飞行控制方法、飞行控制器及飞行器
技术领域
本申请涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种多旋翼飞行控制方法、飞行控制器及飞行器。
背景技术
相关技术中，多旋翼飞行器的飞行控制器(简称飞控)根据用户输入的期望数据，解算出对飞行器的各个旋翼驱动电机的期望转速/期望油门值，进而根据各个期望转速输出飞行控制信号，以对飞起器的飞行姿态进行控制。为了实现旋翼驱动电机的抗饱和，飞行控制器通常直接根据飞行器的电机旋翼系统的性能，对各个旋翼驱动电机的期望转速进行限制。
例如，四轴八桨旋翼飞行器，飞行控制器解算出的八个旋翼驱动电机的期望转速中有一个旋翼驱动电机的期望转速超过其电机的最大转速限制阈值，则飞行控制器根据该最大转速限制阈值，限制该旋翼驱动电机转速的输出。
然而，直接对各个旋翼驱动电机的期望转速进行限制，将不能充分利用旋翼的拉力，会导致实际电机旋翼系统所能输出的最大力或力矩较小。另外，在电机失效等极端条件下，当发生转速饱和时，直接限制转速易导致飞机失控。
发明内容
为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种多旋翼飞行控制方法、飞行控制器及飞行器，能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。
本申请第一方面提供一种多旋翼飞行控制方法，包括：
接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集；
根据所述第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，所述第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速；
在判断出所述第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，通过分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在一种实施方式中，所述第一期望数据集包括不同控制通道分别对应的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩；
所述通过分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号，包括：
调低所述第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集；
根据所述第二期望数据集对应调整旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在一种实施方式中，所述调低所述第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集，包括：
调低所述第一期望数据集中的期望垂向拉力至第一设定值，得到第二期望数据集。
在一种实施方式中，所述根据所述第二期望数据集对应调整旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，包括：
根据所述第二期望数据集，计算第二期望转速集；
在判断出所述第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，根据所述第二期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；或，调高所述第二期望数据集中的期望垂向拉力，得到第三期望数据集；根据所述第三期望数据集，计算第三期望转速集，并根据所述第三期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；其中，所述第三期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
在一种实施方式中，所述多旋翼飞行控制方法还包括：
在判断出所述第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，调低所述第二期望数据集中的期望偏航力矩至第二设定值，得到第四期望数据集；
根据所述第四期望数据集，计算第四期望转速集；
根据所述第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在一种实施方式中，所述根据所述第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号，包括：
在判断出所述第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，根据所述第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；或，调高第四期望数据集中的期望偏航力矩，得到第五期望数据集；根据所述第五期望数据集，计算第五期望转速集，并根据所述第五期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；其中，所述第五期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
在一种实施方式中，所述多旋翼飞行控制方法还包括：
在判断出所述第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，调低第四期望数据集中的期望滚转力矩和/或期望俯仰力矩，得到第六期望数据集；
根据所述第六期望数据集，计算第六期望转速集；
根据所述第六期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；
其中，所述第六期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
本申请第二方面提供一种飞行控制器，包括：
接收模块，用于接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集；
计算模块，用于根据所述接收模块接收的第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，所述第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速；
判断模块，用于判断所述计算模块计算的第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值；
调节模块，用于在所述判断模块判断出所述第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速；
输出模块，用于根据所述调节模块的调节结果输出各个旋翼电机的转速控制信号。
本申请第三方面提供一种飞行控制器，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
本申请第四方面提供一种多旋翼飞行器，其特征在于：包括如上所述的飞行控制器。
本申请第五方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请提供的方法，通过接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集，并根据第一期望数据集，计算第一期望转速集；在判断出第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，通过分别调整第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号。这样，不再是像相关技术那样在转速输出处进行限幅，而是选择在底层各控制通道进行限幅，同时限幅值不固定，可以进行动态自适应调整，从而利于实现电机抗饱和，同时还能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细地描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本申请实施例示出的多旋翼飞行控制方法的流程示意图；
图2是本申请实施例示出的多旋翼飞行控制方法的另一流程示意图；
图3是本申请实施例示出的飞行控制器的结构示意图；
图4是本申请实施例示出的飞行控制器的另一结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
相关技术中，多旋翼飞行器的飞行控制器直接对各个旋翼驱动电机的期望转速进行限制，将不能充分利用旋翼的拉力，会导致实际电机旋翼系统所能输出的最大力或力矩较小。另外，在电机失效等极端条件下，当发生转速饱和时，直接限制转速易导致飞机失控。
针对上述问题，本申请实施例提供一种多旋翼飞行控制方法，能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。
以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。
图1是本申请实施例示出的多旋翼飞行控制方法的流程示意图。图1实施例的方法可以应用于飞行控制器(简称飞控)，飞行控制器可以应用于多旋翼飞行器。
参见图1，该方法包括：
步骤S101、接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集。
其中，第一期望数据集可以包括不同控制通道分别对应的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩。
在该步骤中，第一期望数据集可以是用户对飞行器执行相关控制操作所生成的，飞行控制器接收第一期望数据集。第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩为期望值，是期望飞行器在飞行中能够产生的力及力矩。飞行控制器通过控制飞行器中各个旋翼电机的转速，以形成对飞行器的垂向拉力、滚转力矩、俯仰力矩及偏航力矩，进而控制飞行器的飞行姿态及动作。
步骤S102、根据第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速。
需要说明的是，多旋翼飞行器的飞行控制器包括任务调度模块、底层通道控制模块、控制分配模块等不同的功能模块。底层通道控制模块用于控制飞行器的底层各个控制通道，底层各个控制通道分别为滚转通道、俯仰通道、偏航通道、垂向通道，四个控制通道分别控制飞行器的滚转运动、俯仰运动、偏航运动、垂向运动四个自由度，四个控制通道分别控制期望滚转力矩、期望俯仰力矩、期望偏航力矩、期望垂向拉力的输出。控制分配模块通过控制分配矩阵，将期望滚转力矩、期望俯仰力矩、期望偏航力矩、期望垂向拉力分配成飞行器的各个旋翼电机所需的期望转速。
以四轴八桨的旋翼飞行器为例，旋翼飞行器中各个旋翼电机的期望转速与期望滚转力矩、期望俯仰力矩、期望偏航力矩、期望垂向拉力的关系如下：
Figure BDA0003518566960000061
其中，Ct为旋翼拉力系数，l为旋翼与重心的横向距离，b为旋翼与重心的纵向距离，Cm为旋翼扭矩系数。其中，w为旋翼电机的转速。其中，T为期望垂向拉力，τx为期望滚转力矩，τy为期望俯仰力矩，τz为期望偏航力矩。
在本申请实施例中，将各个Ct、l、b及Cm所构成的矩阵记为B，将各个w所构成的矩阵记为u，将T、τx、τy及τz所构成的矩阵记为v。可以得到如下公式：B*u＝v。
需要说明的是，在本申请实施例中，以四轴八桨的旋翼飞行器为例，推出公式B*u＝v。可以理解，对于其他结构的旋翼飞行器(例如四轴四桨的旋翼飞行器、六轴六桨的旋翼飞行器等)，同样适用于公式B*u＝v，具体根据不同旋翼电机的数量，对u以及B中的参数的数量做出对应调整即可。
根据公式B*u＝v，采用广义逆方法，可以求解B矩阵的广义逆矩阵，得到矩阵B+，进而可以推出公式：u＝B+*v。
由于矩阵B+中的各个参数是旋翼飞行器的已知数值，根据第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩，则可以计算出飞行器中各个旋翼电机的期望转速，也就是第一期望转速集，即矩阵u。
可以理解，为了避免电机饱和导致电机损坏，通常对飞行器中的各个旋翼电机设置有转速限制阈值，该转速限制阈值为对应的旋翼电机所能允许达到的最大转速。对于矩阵u中的w，各个w有取值范围，即w>＝0，且w<(wmax)2。因此，矩阵u有取值范围，根据公式u＝B+*v可知，矩阵v也是有取值范围的。期望垂向拉力T、期望滚转力矩τx、期望俯仰力矩τy及期望偏航力矩τz共同构成了矩阵v，矩阵v为飞行器的可达力/力矩集，该可达力/力矩集v，可以理解为一个四维多面体，其限定了飞行器所能输出的垂向拉力、滚转力矩、俯仰力矩及偏航力矩的范围。在通过公式u＝B+*v计算到的第一期望转速集中(第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速)，只要有一个旋翼电机的期望转速超过该旋翼电机的转速限制阈值，则意味着飞行器的底层四个控制通道对期望滚转力矩、期望俯仰力矩、期望偏航力矩、期望垂向拉力的输出值过大(可以理解为超出了上述四维多面体的边界)，这将使得飞行器实际的垂向拉力、滚转力矩、俯仰力矩及偏航力矩无法达到对应的期望值，从而会影响飞行器的飞行姿态平稳性，导致飞行器失控。
步骤S103、在判断出所述第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，通过分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在该步骤中，判断第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值。也就是说，对于第一期望转速集，当有任意一个旋翼电机的期望转速超过该旋翼电机对应的转速限制阈值，则判断出第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速是超过对应的转速限制阈值。当判断结果为是时，通过分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在其中一种实施方式中，通过分别调整第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号，可以包括：
步骤A：调低第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集。
例如，可以调低第一期望数据集中的期望垂向拉力，得到第二期望数据集。
步骤B：根据第二期望数据集对应调整旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在其中一种实施方式中，可以根据第二期望数据集，计算第二期望转速集；根据第二期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在另一种实施方式中，可以根据第二期望数据集，计算第二期望转速集；判断第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值；若否，根据第二期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
可以发现，本申请实施例在第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值的情况下，并不是根据该旋翼电机的转速限制阈值，输出对应旋翼电机的转速控制信号。本申请实施例通过分别调整第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号。例如通过调低第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集，进而根据第二期望数据集输出各个旋翼电机的转速控制信号。可以理解，在调低了第一期望数据集后，会对应调低飞行器中各个旋翼电机的期望转速，从而能够实现电机抗饱和。另外，调低第一期望数据集的调节方式，利于掌控飞行器的飞行时的受力情况，利于把控飞行器的飞行姿态，能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。
从该实施例可以看出，本申请实施例提供的方法，不再是像相关技术那样在转速输出处进行限幅，而是选择在底层各控制通道进行限幅，同时限幅值不固定，可以进行动态自适应调整，从而利于实现电机抗饱和，同时还能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。
图2是本申请实施例的多旋翼飞行控制方法的另一流程示意图。图2相对图1更详细描述了本申请的方案。
参见图2，该方法包括：
步骤S201、接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集。
该步骤可以参见步骤S101中的描述，此处不再赘述。
步骤S202、根据第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速。
该步骤可以参见步骤S102中的描述，此处不再赘述。
步骤S203、判断第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值。
在该步骤中，判断第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值，若否，则执行步骤S204，若是，则执行步骤S205。
步骤S204、根据第一期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在该步骤中，根据计算到的第一期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，以驱动各个旋翼电机的转速达到对应的期望转速。
步骤S205、调低第一期望数据集中的期望垂向拉力至第一设定值，得到第二期望数据集。
其中，第一设定值可以是飞行器保持当前飞行高度的最低垂向拉力。
在该步骤中，调低了第一期望数据集中的期望垂向拉力，第一期望数据集中的期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩不进行调节。
步骤S206、根据第二期望数据集，计算第二期望转速集。
在该步骤中，根据第二期望数据集，可以利用公式u＝B+*v(参见步骤S102)，计算得到第二期望转速集。第二期望转速集为根据第二期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩，计算得到的飞行器中各个旋翼电机的期望转速。
步骤S207、判断第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值。
在该步骤中，判断第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值，若否，则执行步骤S208或者步骤S209，若是，则执行步骤S210。
步骤S208、根据第二期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在该步骤中，根据计算到的第二期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，以驱动各个旋翼电机的转速达到对应的期望转速。
步骤S209、调高第二期望数据集中的期望垂向拉力，得到第三期望数据集；根据第三期望数据集，计算第三期望转速集，并根据第三期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；其中，第三期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
在其中一种可选的实施方式中，步骤S209可以包括：
步骤S209-1、调高第二期望数据集中的期望垂向拉力，得到第三期望数据集。
步骤S209-2、根据第三期望数据集，计算第三期望转速集；其中，第三期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
可以理解，由于第二期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速没有超过对应的转速限制阈值，则基于第一设定值，可以继续调高期望垂向拉力，从而得到第三期望数据集。第三期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值，也就是说，在调高第二期望数据集中的期望垂向拉力的过程中，期望垂向拉力有垂向拉力上限值。第二期望数据集中的期望垂向拉力最大只能调高至该垂向拉力上限值，否则，所得到的第三期望转速集中至少一个旋翼电机的期望转速会超过对应的转速限制阈值。因此，在调高第二期望数据集中的期望垂向拉力的过程中，期望垂向拉力的取值允许范围在第一设定值至垂向拉力上限值之间。也就是说，第三期望数据集中的期望垂向拉力的大小被约束在第一设定值至垂向拉力上限值之间。
步骤S209-3、根据第三期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在该步骤中，根据计算到的第三期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，以驱动各个旋翼电机的转速达到对应的期望转速。
步骤S210、调低第二期望数据集中的期望偏航力矩至第二设定值，得到第四期望数据集。
其中，第二设定值可以为零。也就是说，放弃对飞行器偏航的控制。
在该步骤中，调低了第二期望数据集中的期望偏航力矩，第二期望数据集中的期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望垂向拉力不进行调节。
步骤S211、根据第四期望数据集，计算第四期望转速集。
在该步骤中，根据第四期望数据集，可以利用公式u＝B+*v(参见步骤S102)，计算得到第四期望转速集。第四期望转速集为根据第四期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩，计算得到的飞行器中各个旋翼电机的期望转速。
步骤S212、判断第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值。
在该步骤中，判断第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值，若否，则执行步骤S213或者步骤S214，若是，则执行步骤S215。
步骤S213、根据第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在该步骤中，根据计算到的第四期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，以驱动各个旋翼电机的转速达到对应的期望转速。
步骤S214、调高第四期望数据集中的期望偏航力矩，得到第五期望数据集；根据第五期望数据集，计算第五期望转速集，并根据第五期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；其中，第五期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
在其中一种可选的实施方式中，步骤S214可以包括：
步骤S214-1、调高第四期望数据集中的期望偏航力矩，得到第五期望数据集。
步骤S214-2、根据第五期望数据集，计算第五期望转速集；其中，第五期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
可以理解，由于第四期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速没有超过对应的转速限制阈值，则基于第二设定值，可以继续调高期望偏航力矩，从而得到第五期望数据集。第五期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值，也就是说，在调高第四期望数据集中的期望偏航力矩的过程中，期望偏航力矩有偏航力矩上限值。第四期望数据集中的期望偏航力矩最大只能调高至该偏航力矩上限值，否则，所得到的第五期望转速集中至少一个旋翼电机的期望转速会超过对应的转速限制阈值。因此，在调高第四期望数据集中的期望偏航力矩的过程中，期望偏航力矩的取值允许范围在第二设定值至偏航力矩上限值之间。也就是说，第五期望数据集中的期望偏航力矩的大小被约束在第二设定值至偏航力矩上限值之间。
步骤S214-3、根据第五期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在该步骤中，根据计算到的第五期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，以驱动各个旋翼电机的转速达到对应的期望转速。
步骤S215、调低第四期望数据集中的期望滚转力矩和/或期望俯仰力矩，得到第六期望数据集。
在该步骤中，调低了第四期望数据集中的期望滚转力矩和/或期望俯仰力矩，第四期望数据集中的期望偏航力矩、期望垂向拉力不进行调节。
步骤S216、根据第六期望数据集，计算第六期望转速集；其中，第六期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
可以理解，第六期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值，也就是说，在调低第四期望数据集中的期望滚转力矩和/或期望俯仰力矩的过程中，期望滚转力矩有滚转力矩上限值，期望俯仰力矩有俯仰力矩上限值。即第四期望数据集中的期望滚转力矩需要调低至滚转力矩上限值以下，第四期望数据集中的期望俯仰力矩需要调低至俯仰力矩上限值以下。否则，所得到的第六期望转速集中至少一个旋翼电机的期望转速会超过对应的转速限制阈值。
在本申请实施例中，可以设置一个滚转力矩下限值、设置一个俯仰力矩下限值；其中，滚转力矩下限值可以是保持飞行器不发生滚转的最小滚转力矩，俯仰力矩下限值可以是保持飞行器不发生俯仰的最小俯仰力矩。
这样，在调低第四期望数据集中的期望滚转力矩和/或期望俯仰力矩的过程中，期望滚转力矩的取值允许范围在滚转力矩下限值至滚转力矩上限值之间。也就是说，第六期望数据集中的期望滚转力矩的大小被约束在滚转力矩下限值至滚转力矩上限值之间。同理，期望俯仰力矩的取值允许范围在俯仰力矩下限值至俯仰力矩上限值之间。也就是说，第六期望数据集中的期望俯仰力矩的大小被约束在俯仰力矩下限值至俯仰力矩上限值之间。
步骤S217、根据第六期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
在该步骤中，根据计算到的第六期望转速集中的各个旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，以驱动各个旋翼电机的转速达到对应的期望转速。
为了便于理解本申请技术方案，举例来说，例如，用户(驾驶员)操作飞行器往东南方向朝上飞行，用户进行的相关控制操作生成第一期望数据集，根据第一期望数据集可以得到第一期望转速集。在飞行器处于极端环境下(例如遭遇强风)，飞行器往东南方向朝上飞行所需要的第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩，飞行器可能会无法输出产生(即第一期望转速集中至少一个旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值)。
此时，相关技术中的处理算法是：针对期望转速超出对应转速限制阈值的旋翼电机，按照该电机的转速限制阈值作为计算到的期望转速进行输出。如此处理方法易造成飞行器失控(计算得到各个旋翼电机的期望转速与实际输出的不相同，导致的飞行器受控制力失衡)。
而在本申请实施例中，通过降低第一期望数据集中的期望垂向拉力至第一设定值(第一设定值可以是飞行器保持当前飞行高度的最低垂向拉力)，再重新计算飞行器中各个旋翼电机的期望转速，在判断各个旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值后(即飞行器能够输出产生相应的力及力矩)，根据第二期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；或者，提高期望垂向拉力后，再对应输出的各个旋翼电机的转速控制信号。这样，至少能够确保飞起器不会直接失控，并至少可以维持当前飞行高度。
进一步的，在本申请实施例中，在降低了期望垂向拉力至第一设定值后，若任一旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值后(即飞行器仍然不能输出产生相应的力及力矩)，则通过降低期望偏航力矩(可以直接舍弃)、期望滚转力矩以及期望俯仰力矩的方式，以尽可能的维持飞行器当前的飞行状态，尽最大程度地不让飞行器发生失控。这样，有效提升了飞行器在极端条件下的姿态保持能力。
可以发现，本申请所提供的多旋翼飞行控制方法，可以作为一种应用于飞行控制器的输出抗饱和算法，按照设定优先级规则分别对底层四个控制通道进行预设范围内的限幅，使得期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩可以根据实际飞行状态进行自适应调整，不仅实现了电机抗饱和效果，而且还能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。
与前述应用功能实现方法实施例相对应，本申请还提供了一种飞行控制器。
图3是本申请实施例示出的飞行控制器的结构示意图。
参见图3，一种飞行控制器30，包括：接收模块301、计算模块302、判断模块303、调节模块304、输出模块305。
接收模块301，用于接收对应飞行器各个控制通道的接收第一期望数据集。其中，第一期望数据集包括不同控制通道分别对应的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩。
计算模块302，用于根据接收模块301接收的第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速。
判断模块303，用于判断计算模块302计算的第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值。
调节模块304，用于在判断模块303判断出第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，分别调整第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速。
输出模块305，用于根据调节模块304的调节结果输出各个旋翼电机的转速控制信号。
进一步的，输出模块305，还用于在判断模块303判断出第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，根据第一期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
调节模块304，还用于调低第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集；根据第二期望数据集对应调整旋翼电机的期望转速。
调节模块304，还用于调低第一期望数据集中的期望垂向拉力至第一设定值，得到第二期望数据集。
计算模块302，还用于根据第二期望数据集，计算第二期望转速集。
判断模块303，还用于判断第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值。
输出模块305，还用于在判断模块303判断出第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，根据第二期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
调节模块304，还用于在判断模块303判断出第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，调高第二期望数据集中的期望垂向拉力，得到第三期望数据集；
计算模块302，还用于根据第三期望数据集，计算第三期望转速集。
输出模块305，还用于根据第三期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
调节模块304，还用于在判断模块303判断出第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，调低第二期望数据集中的期望偏航力矩至第二设定值，得到第四期望数据集。
计算模块302，还用于根据第四期望数据集，计算第四期望转速集。
判断模块303，还用于判断第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值。
输出模块305，还用于在判断模块303判断出第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，根据第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
调节模块304，还用于在判断模块303判断出第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，调高第四期望数据集中的期望偏航力矩，得到第五期望数据集。
计算模块302，还用于根据第五期望数据集，计算第五期望转速集。
输出模块305，还用于根据第五期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
调节模块304，还用于在判断模块303判断出第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，调低第四期望数据集中的期望滚转力矩和/或期望俯仰力矩，得到第六期望数据集。
计算模块302，还用于根据第六期望数据集，计算第六期望转速集。
输出模块305，还用于根据第六期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
从该实施例可以看出，本申请提供的飞行控制器30，选择在底层各控制通道进行限幅，同时限幅值不固定，可以进行动态自适应调整，从而利于实现电机抗饱和，同时还能够充分利用飞行器旋翼所能产生的拉力，提升飞行姿态保持能力。
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，此处将不再做详细阐述说明。
图4是本申请实施例示出的飞行控制器的另一结构示意图。
参见图4，飞行控制器400包括存储器410和处理器420。
处理器420可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器410可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器420或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器410可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(例如DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器410可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等)、磁性软盘等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。
存储器410上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器420处理时，可以使处理器420执行上文述及的方法中的部分或全部。
此外，根据本申请的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本申请的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
或者，本申请还可以实施为一种计算机可读存储介质(或非暂时性机器可读存储介质或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序或计算机指令代码)，当可执行代码(或计算机程序或计算机指令代码)被飞行控制器(或服务器等)的处理器执行时，使处理器执行根据本申请的上述方法的各个步骤的部分或全部。
以上实施例介绍了本申请实施例提供的飞行控制器，相应地，本申请还提供一种飞行器的实施例，本实施例提供的飞行器包括如上述任意实施例所描述的飞行控制器。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种多旋翼飞行控制方法，其特征在于，包括：
接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集，所述第一期望数据集包括不同控制通道分别对应的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩；
根据所述第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，所述第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速；
在判断出所述第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，通过分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速后，输出各个旋翼电机的转速控制信号，
其中包括：
调低所述第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集；
根据所述第二期望数据集对应调整旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调低所述第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集，包括：
调低所述第一期望数据集中的期望垂向拉力至第一设定值，得到第二期望数据集。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二期望数据集对应调整旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号，包括：
根据所述第二期望数据集，计算第二期望转速集；
在判断出所述第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，根据所述第二期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；或，调高所述第二期望数据集中的期望垂向拉力，得到第三期望数据集；根据所述第三期望数据集，计算第三期望转速集，并根据所述第三期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；其中，所述第三期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在判断出所述第二期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，调低所述第二期望数据集中的期望偏航力矩至第二设定值，得到第四期望数据集；
根据所述第四期望数据集，计算第四期望转速集；
根据所述第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号，包括：
在判断出所述第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值时，根据所述第四期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；或，调高第四期望数据集中的期望偏航力矩，得到第五期望数据集；根据所述第五期望数据集，计算第五期望转速集，并根据所述第五期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；其中，所述第五期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在判断出所述第四期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，调低第四期望数据集中的期望滚转力矩和/或期望俯仰力矩，得到第六期望数据集；
根据所述第六期望数据集，计算第六期望转速集；
根据所述第六期望转速集，输出各个旋翼电机的转速控制信号；
其中，所述第六期望转速集中的旋翼电机的期望转速未超过对应的转速限制阈值。
7.一种飞行控制器，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收对应飞行器各个控制通道的第一期望数据集，所述第一期望数据集包括不同控制通道分别对应的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩；
计算模块，用于根据所述接收模块接收的第一期望数据集，计算第一期望转速集；其中，所述第一期望转速集包括飞行器中各个旋翼电机的期望转速；
判断模块，用于判断所述计算模块计算的第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速是否超过对应的转速限制阈值；
调节模块，用于在所述判断模块判断出所述第一期望转速集中的旋翼电机的期望转速超过对应的转速限制阈值时，分别调整所述第一期望数据集中对应各个控制通道的不同期望值并对应调整旋翼电机的期望转速，其中包括：调低所述第一期望数据集中的期望垂向拉力、期望滚转力矩、期望俯仰力矩及期望偏航力矩当中至少一者的数值，得到第二期望数据集；根据所述第二期望数据集对应调整旋翼电机的期望转速，输出各个旋翼电机的转速控制信号；
输出模块，用于根据所述调节模块的调节结果输出各个旋翼电机的转速控制信号。
8.一种飞行控制器，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种多旋翼飞行器，其特征在于：包括如权利要求7或8所述的飞行控制器。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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