CN116909189A - 一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质 - Google Patents

一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质，涉及无人机飞行控制技术领域。所述方法包括：获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括姿态角和飞行速度；对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。本发明能够保证主控确实失效的情况下能够切到备控，备控确实失效或者飞机不可控的情况下能够执行开伞，提高无人机的飞行安全。

Description

一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及无人机飞行控制技术领域，特别是涉及一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质。
背景技术
目前市面上，无人机大多数采用单飞控系统或三冗余飞控系统，一些低成本的小型无人机由于成本问题多采用单飞控系统，一些军用级别的无人机或者高成本无人机由于高可靠性要求多采用三冗余飞控系统。虽然双冗余飞控系统在过去应用较少，但随着无人机多样化的发展和应用场景的扩展，双冗余飞控系统发挥着越来越重要的作用。双冗余飞控系统成本较三冗余飞控较低，而其可靠性较单飞控系统又大大提高。另外对于在城市或者人口密度较大的区域运行的无人机，其对失控安全处置格外重要，降落伞将是保障安全和降低事故影响的重要手段，必须设计可靠的手段准确实施降落伞开伞动作。因此，如何对双冗余飞控系统的冗余切换与开伞进行设计，以保障无人机安全飞行，是当前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质，能够保证主控确实失效的情况下能够切到备控，备控确实失效或者飞机不可控的情况下能够执行开伞，提高无人机的飞行安全。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种无人机的冗余切换与开伞方法，包括：
获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括姿态角和飞行速度；
对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；
当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；
当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。
可选地，对所述无人机进行主控制器监控，并根据主备切换条件确定切换结果，包括：
对所述无人机进行主控制器监控，得到主控心跳；所述主控心跳由所述主控制器的运行参数组成；
当监测到所述主控心跳为死机状态，或所述飞行参数满足主备切换条件中的任一条件时，确定切换结果为主备控切换；
当监测到所述主控心跳为运行状态，或所述飞行参数不满足主备切换条件中的所有条件时，确定切换结果为主备控不切换。
可选地，当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果，包括：
当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，确定备控心跳；所述备控心跳由所述备用控制器的运行参数组成；
当监测到所述备控心跳为死机状态，或所述飞行参数满足开伞条件中的任一条件时，确定开伞动作结果为执行开伞；
当监测到所述备控心跳为运行状态，或所述飞行参数不满足开伞条件中的所有条件时，确定开伞动作结果为不执行开伞。
可选地，所述主备切换条件包括：第一切换条件和第二切换条件；
所述第一切换条件为：姿态指令与实际姿态角误差超过第一设定阈值，并持续20个运算周期；所述第一设定阈值为覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍；
所述第二切换条件为：三轴速度指令与实际速度超过第二设定阈值并持续20个运算周期；所述第二设定阈值为覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍。
可选地，所述开伞条件包括：第一开伞条件、第二开伞条件和第三开伞条件；
所述第一开伞条件为：姿态角超过第三设定阈值并持续50个运算周期；第三设定阈值为覆盖飞行包线所用到最大姿态角的2倍；
所述第二开伞条件为：垂向加速度超过第四设定阈值并持续50个运算周期；所述第四设定阈值为0.9倍的重力加速度g；
所述第三开伞条件为：三轴速度超过第五设定阈值并持续50个运算周期；所述第五设定阈值为三轴速度指令最大限幅的2倍。
本发明提供了一种无人机的冗余切换与开伞系统，包括：
数据采集模块，用于获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括姿态角和飞行速度；
模式切换模块，用于对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；
开伞切换模块，用于当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；
飞行终止模块，用于当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。
本发明提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据上述的无人机的冗余切换与开伞方法。
本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的无人机的冗余切换与开伞方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质，所述方法包括获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括姿态角和飞行速度；对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。本发明能够保证主控确实失效的情况下能够切到备控，备控确实失效或者飞机不可控的情况下能够执行开伞，提高无人机的飞行安全。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无人机的冗余切换与开伞方法的流程示意图；
图2为本实施例中主备控制器的切换与开伞的流程框图；
图3为本实施例中主备切换条件的控制逻辑示意图；
图4为本实施例中主备切换条件中第一切换条件的逻辑运行示意图；
图5为本实施例中主备切换条件中第二切换条件的逻辑运行示意图；
图6为本实施例中开伞条件的控制逻辑示意图；
图7为本实施例中开伞条件中第一开伞条件的逻辑运行示意图；
图8为本实施例中开伞条件中第二开伞条件的逻辑运行示意图；
图9为本实施例中开伞条件中第三开伞条件的逻辑运行示意图。
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、完整地描述，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。
本发明的目的是提供一种无人机的冗余切换与开伞方法、系统、设备及介质，能够保证主控确实失效的情况下能够切到备控，备控确实失效或者飞机不可控的情况下能够执行开伞，提高无人机的飞行安全。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种无人机的冗余切换与开伞方法，包括：
步骤100：获取无人机的飞行参数；飞行参数包括姿态角和飞行速度。
步骤200：对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；具体包括：
对所述无人机进行主控制器监控，得到主控心跳；所述主控心跳由所述主控制器的运行参数组成；当监测到所述主控心跳为死机状态，或所述飞行参数满足主备切换条件中的任一条件时，确定切换结果为主备控切换；当监测到所述主控心跳为运行状态，或所述飞行参数不满足主备切换条件中的所有条件时，确定切换结果为主备控不切换。
其中，主备切换条件包括：第一切换条件和第二切换条件。
所述第一切换条件为：姿态指令与实际姿态角误差超过第一设定阈值，并持续20个运算周期；所述第一设定阈值为覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍。
所述第二切换条件为：三轴速度指令与实际速度超过第二设定阈值并持续20个运算周期；所述第二设定阈值为覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍。
步骤300：当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；具体包括：
当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，确定备控心跳；所述备控心跳由所述备用控制器的运行参数组成；当监测到所述备控心跳为死机状态，或所述飞行参数满足开伞条件中的任一条件时，确定开伞动作结果为执行开伞；当监测到所述备控心跳为运行状态，或所述飞行参数不满足开伞条件中的所有条件时，确定开伞动作结果为不执行开伞。
其中，开伞条件包括：第一开伞条件、第二开伞条件和第三开伞条件；
所述第一开伞条件为：姿态角超过第三设定阈值并持续50个运算周期；第三设定阈值为覆盖飞行包线所用到最大姿态角的2倍；
所述第二开伞条件为：垂向加速度超过第四设定阈值并持续50个运算周期；所述第四设定阈值为0.9倍的重力加速度g；
所述第三开伞条件为：三轴速度超过第五设定阈值并持续50个运算周期；所述第五设定阈值为三轴速度指令最大限幅的2倍。
步骤400：当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。
基于上述技术方案，提供如下所示实施例。
在无人机中，主要包括主控制器、备用控制器和MCU组成。
主控制器：无人机的主控制器，负责飞控系统的控制任务。
备用控制器：无人机备用控制器，当主控失效时，备用控制负责飞控系统的控制任务。
MCU：负责硬件的监控和主备控制器的切换与开伞。
其中，主备控制器的切换逻辑运行在主控中，开伞逻辑运行在备控中。
主备控制器的切换逻辑如图2-图5所示：
1、无人机启动后，主控进行正常的飞行控制。
2、当主控中的切换逻辑成立时，会向MCU发送切换逻辑成立标志位。
3、MCU实时接收切换逻辑标志位和实时监测主控心跳，当切换逻辑成立或主控死机任一条件满足即启动备控，由备控控制飞机继续飞行。
4、当备控中的开伞逻辑成立时，会向MCU发送开伞成立标志位。
5、MCU实时接收开伞逻辑标志位和实时监测备控心跳，当开伞逻辑成立或备控死机任一条件满足即执行开伞，终止飞行。
主备切换条件：
第一切换条件：姿态指令与实际姿态角误差超过阈值并持续20个运算周期，阈值一般取覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍。(例如：俯仰角指令与实际俯仰角误差超过±15°或滚转角指令与实际滚转角误差超过±15°)。
第二切换条件：三轴速度指令与实际速度超过阈值并持续20个运算周期，阈值一般取覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍。(例如：侧向速度误差达到15m/s)。
其中，姿态指令和三轴速度指令是通过无人机的飞行控制算法输出的，当以上任一条件成立，即切换逻辑成立。
开伞控制流程如图6-图9所示。
第一开伞条件：姿态角超过阈值并持续50个运算周期，阈值一般取覆盖飞行包线所用到最大姿态角的2倍。(例如：俯仰角超过±80°或滚转角超过±80°)。
第二开伞条件：垂向加速度超过阈值并持续50个运算周期，阈值一般取0.9倍的重力加速度g，向下为正。
第三开伞条件：三轴速度超过阈值并持续50个运算周期，阈值一般取三轴速度指令最大限幅的2倍。
以上任一条件成立，即开伞逻辑成立。
本实施例具有如下有益效果：
本实施例针对双冗余飞控系统设计了完备的切换逻辑和开伞条件，保证主控确实失效的情况下能够切到备控，备控确实失效或者飞机不可控的情况下能够执行开伞。
主备控分工明确，职责清晰，主控异常的唯一导向是切换到备控，备控异常的唯一导向是开伞，主控不会直接控制开伞，备控也不会直接控制切换。主备控谁当班听谁的，不会篡权。
此外，本发明还提供了一种无人机的冗余切换与开伞系统，包括：
数据采集模块，用于获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括姿态角和飞行速度；
模式切换模块，用于对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；
开伞切换模块，用于当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；
飞行终止模块，用于当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据上述的无人机的冗余切换与开伞方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的无人机的冗余切换与开伞方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种无人机的冗余切换与开伞方法，其特征在于，包括：
获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括姿态角和飞行速度；
对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；
当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；
当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。
2.根据权利要求1所述的无人机的冗余切换与开伞方法，其特征在于，对所述无人机进行主控制器监控，并根据主备切换条件确定切换结果，包括：
对所述无人机进行主控制器监控，得到主控心跳；所述主控心跳由所述主控制器的运行参数组成；
当监测到所述主控心跳为死机状态，或所述飞行参数满足主备切换条件中的任一条件时，确定切换结果为主备控切换；
当监测到所述主控心跳为运行状态，或所述飞行参数不满足主备切换条件中的所有条件时，确定切换结果为主备控不切换。
3.根据权利要求1所述的无人机的冗余切换与开伞方法，其特征在于，当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果，包括：
当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，确定备控心跳；所述备控心跳由所述备用控制器的运行参数组成；
当监测到所述备控心跳为死机状态，或所述飞行参数满足开伞条件中的任一条件时，确定开伞动作结果为执行开伞；
当监测到所述备控心跳为运行状态，或所述飞行参数不满足开伞条件中的所有条件时，确定开伞动作结果为不执行开伞。
4.根据权利要求1所述的无人机的冗余切换与开伞方法，其特征在于，所述主备切换条件包括：第一切换条件和第二切换条件；
所述第一切换条件为：姿态指令与实际姿态角误差超过第一设定阈值，并持续20个运算周期；所述第一设定阈值为覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍；
所述第二切换条件为：三轴速度指令与实际速度超过第二设定阈值并持续20个运算周期；所述第二设定阈值为覆盖飞行包线所能达到的最大误差的3倍。
5.根据权利要求1所述的无人机的冗余切换与开伞方法，其特征在于，所述开伞条件包括：第一开伞条件、第二开伞条件和第三开伞条件；
所述第一开伞条件为：姿态角超过第三设定阈值并持续50个运算周期；第三设定阈值为覆盖飞行包线所用到最大姿态角的2倍；
所述第二开伞条件为：垂向加速度超过第四设定阈值并持续50个运算周期；所述第四设定阈值为0.9倍的重力加速度g；
所述第三开伞条件为：三轴速度超过第五设定阈值并持续50个运算周期；所述第五设定阈值为三轴速度指令最大限幅的2倍。
6.一种无人机的冗余切换与开伞系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括姿态角和飞行速度；
模式切换模块，用于对所述无人机的主控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和主备切换条件确定切换结果；
开伞切换模块，用于当所述切换结果为主备控切换时，由主控制器切换至备用控制器，通过所述备用控制器对无人机进行控制，对所述备用控制器进行运行监控，并根据所述飞行参数和开伞条件确定开伞动作结果；
飞行终止模块，用于当所述开伞动作结果为执行开伞时，立即开伞，并终止飞行。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1-5中所述的无人机的冗余切换与开伞方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中所述的无人机的冗余切换与开伞方法。
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