WO2021223173A1 - 多旋翼无人机及其控制方法、控制装置和计算机可读存储介质 - Google Patents

多旋翼无人机及其控制方法、控制装置和计算机可读存储介质 Download PDF

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WO2021223173A1
WO2021223173A1 PCT/CN2020/089021 CN2020089021W WO2021223173A1 WO 2021223173 A1 WO2021223173 A1 WO 2021223173A1 CN 2020089021 W CN2020089021 W CN 2020089021W WO 2021223173 A1 WO2021223173 A1 WO 2021223173A1
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WO
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drone
control
rotor
angular velocity
parameter
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PCT/CN2020/089021
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王晓亮
商志猛
吕熙敏
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深圳市大疆创新科技有限公司
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    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G05D1/0816—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft to ensure stability
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
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    • G—PHYSICS
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    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0055—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements
    • G05D1/0072—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements to counteract a motor failure
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Definitions

  • This application relates to the technical field of aircraft safety, and in particular to a control method of a multi-rotor drone, a multi-rotor drone, a control device and a non-volatile computer-readable storage medium.
  • Multi-rotor UAVs have been widely used in education and scientific research, aerial photography, military reconnaissance, police security and other fields due to their simple structure, low cost, and easy control.
  • Multi-rotor drones include multiple motors and propellers.
  • the motors drive the propellers to rotate to generate lift and anti-torque.
  • the lift and control torque required for drone flight are generated to control the unmanned aircraft.
  • the position and attitude of the machine is, when the power of a certain rotor completely fails, that is, when a certain motor stops rotating or the blade fires the propeller, the drone will immediately crash, causing safety problems.
  • the embodiments of the present application provide a control method for a multi-rotor drone, a multi-rotor drone, a control device, and a non-volatile computer-readable storage medium.
  • the control method of the multi-rotor drone includes: obtaining the power state of each rotor of the drone; and determining that the power of any rotor of the drone has failed based on the power state To control the UAV to enter the balance mode.
  • the drone rotates at an angular velocity greater than a first threshold, and the displacement of the drone in the horizontal direction is less than a preset displacement amount.
  • the multi-rotor drone of the embodiment of the present application includes multiple rotors and one or more controllers.
  • One or more of the controllers are used to: obtain the power state of each rotor of the drone; and when it is determined based on the power state that the power of any one of the rotors of the drone has failed, control the rotor
  • the man-machine enters the balance mode. Wherein, in the balance mode, the drone rotates at an angular velocity greater than a first threshold, and the displacement of the drone in the horizontal direction is less than a preset displacement amount.
  • the control device of the embodiment of the present application is used for a multi-rotor drone.
  • the multi-rotor drone includes a fuselage and a plurality of rotors arranged on the fuselage.
  • the control device includes one or more controllers, and the one or more controllers are used to: obtain the power state of each rotor of the drone; and determine the power state of the drone based on the power state.
  • the drone is controlled to enter the balance mode. Wherein, in the balance mode, the drone rotates at an angular velocity greater than a first threshold, and the displacement of the drone in the horizontal direction is less than a preset displacement amount.
  • the non-volatile computer-readable storage medium of the embodiment of the present application stores a computer program.
  • the computer program When executed by a processor, it realizes: obtaining the power state of each rotor of the drone; and When the power state determines that the power of any rotor of the UAV fails, the UAV is controlled to enter the balance mode.
  • the drone In the balance mode, the drone rotates at an angular velocity greater than a first threshold, and the displacement of the drone in the horizontal direction is less than a preset displacement amount.
  • the power of any rotor of the drone fails, for example, a certain motor
  • the drone is controlled to rotate at an angular velocity greater than the first threshold, and the displacement of the drone in the horizontal direction is less than the preset displacement, so that the user can take effective measures before the drone crashes.
  • the safety measures can reduce the crash probability of UAVs and ensure the safety of UAVs, which can well solve the flight safety problems caused by power failure.
  • FIG. 1 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application
  • Fig. 2 is a schematic structural diagram of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application
  • Fig. 3 is a schematic flow chart of a control method of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application
  • FIG. 4 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application
  • Fig. 5 is a schematic diagram of the principle of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application;
  • FIG. 6 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 8 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 9 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 10 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor drone according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 11 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • Fig. 12 is a schematic diagram of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 13 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 14 is a schematic flow chart of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • 15 is a schematic diagram of the principle of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 16 is a schematic flowchart of a control method of a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 17 is a schematic diagram of the structure of a control device and a multi-rotor unmanned aerial vehicle according to some embodiments of the present application.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of modules of a computer-readable storage medium according to some embodiments of the present application.
  • an embodiment of the present application provides a control method of a multi-rotor drone.
  • This control method is applicable to a multi-rotor drone 100, where the multi-rotor drone 100 includes a fuselage 10 and a plurality of rotors 20 arranged on the fuselage 10, for example, two rotors, three rotors and three rotors arranged on the fuselage 10.
  • the control method includes:
  • an embodiment of the present application also provides a multi-rotor drone 100.
  • the multi-rotor drone 100 has a fuselage 10, a plurality of rotors 20 arranged on the fuselage 10, and one or more controllers 30 arranged on the fuselage 10.
  • One or more controllers 30 can be used to perform the methods in 01 and 02, that is, one or more controllers 30 can be used to: obtain the power state of each rotor 20 of the drone 100; When the power of any rotor 20 of the man-machine 100 fails, the drone 100 is controlled to enter the balance mode; wherein, in the balance mode, the drone 100 rotates at an angular velocity greater than the first threshold, and the drone 100 is horizontal The displacement in the direction is less than the preset displacement.
  • the number of rotors 20 may be two, three, four, five, six, or more, which is not limited here.
  • Each rotor 20 includes a propeller 22 and a motor 24 for driving the propeller 22 to rotate to provide lift for the drone 100.
  • the power state of each rotor 20 of the drone 100 can be embodied by various parameters. In one embodiment, the power state of each rotor 20 can be embodied by the parameters of the motor 24, such as voltage, current, and speed.
  • the power state of each rotor 20 may be reflected by the parameters of the propeller 22, such as the pulling force. In one example, when the pulling force of the propeller 22 exceeds the preset pulling force range, it indicates the power of the corresponding rotor 20 Invalidate.
  • the rotation of the UAV 100 at an angular velocity greater than the first threshold refers to the rotation of the UAV 100 around the Z axis of its body.
  • the first threshold generally takes a larger value, so that the UAV 100 rotates.
  • the angular velocity is large so that the UAV 100 can maintain balance even when any rotor 20 fails.
  • the displacement of the drone 100 in the horizontal direction is less than the preset displacement means: the XY plane of the drone 100 in the world coordinate system (the Z axis (vertical direction) in the world coordinate system) is perpendicular to the XY plane in the world coordinate system ) Is less than the preset displacement, and the preset displacement is generally smaller. Therefore, when any rotor 20 fails, the UAV 100 will not float away, but try to maintain the original position when the power failure occurs. .
  • the control method of the multi-rotor drone and the multi-rotor drone 100 of the embodiment of the present application control when the power of any rotor 20 of the drone 100 fails, for example, when a certain motor 24 stops rotating or the propeller 22 fires a propeller.
  • the UAV 100 rotates at an angular velocity greater than the first threshold, and the displacement of the UAV 100 in the horizontal direction is less than the preset displacement, so that the user can take effective safety measures before the UAV crashes, which can reduce the number of unmanned aircraft.
  • the crash probability of the UAV 100 ensures the safety of the UAV 100, which can well solve the flight safety problem caused by power failure.
  • Control the drone 100 to enter the balance mode including:
  • the angular velocity of controlling the rotation of the drone 100 is gradually increased until it reaches the angular velocity in the balance mode to enter the balance mode.
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 021 and 022, that is, one or more controllers 30 can be used to: control the drone 100 to be less than the second threshold The angular velocity rotation of the UAV 100; and the angular velocity that controls the rotation of the UAV 100 gradually increases until it reaches the angular velocity in the balance mode to enter the balance mode.
  • the second threshold is less than the first threshold.
  • the rotation angular velocity of the UAV 100 is often zero or very small, and only the rotation angular velocity of the UAV 100 is controlled to gradually increase until it is greater than
  • the first threshold can reduce the disturbance caused by power failure, so that the UAV 100 is in a balanced state.
  • Control the drone 100 to enter the balance mode including:
  • One or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 023, 024, 025, and 026, that is, one or more controllers 30 can be used to: obtain the first control of the drone 100 Parameters; obtain the feedforward parameters of the UAV 100; redistribute lift to each rotor 20 of the UAV 100 according to the feedforward parameters and the first control parameter; and control the UAV 100 according to the redistributed lift of each rotor 20
  • the motor 24 corresponding to the rotor 20 rotates so that the UAV 100 rotates at an angular velocity greater than the first threshold, and the displacement of the UAV 100 in the horizontal direction is less than the preset displacement amount.
  • Fig. 2 Fig. 5 and Fig. 6.
  • 023 Obtaining the first control parameter of the UAV 100 includes:
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 0231, 0233, 0235, and 0237, that is, one or more controllers 30 can be used to: Attitude; Obtain the measured attitude of the UAV 100; Obtain the desired angular velocity according to the desired attitude and the measured attitude; and Acquire the first control parameter according to the measured angular velocity and the desired angular velocity of the UAV 100.
  • the desired posture may be transmitted by the remote controller to the communication unit on the drone 100, and one or more controllers 30 can read from the communication unit.
  • the measured attitude may be one or more sensors on the UAV 100, for example, detected by an inertial measurement unit in real time, and then read from the sensors by one or more controllers 30.
  • one or more controllers 30 may include an attitude controller and an angular velocity controller.
  • the attitude controller can be used to perform the method in 0235, that is, the attitude controller can be used to perform the desired attitude and measurement
  • the attitude obtains the desired angular velocity.
  • the angular velocity controller can be used to implement the method in 0237, that is, the angular velocity controller can be used to obtain the first control parameter according to the measured angular velocity and the desired angular velocity of the UAV 100.
  • the feedforward torque includes the UAV 100
  • the three-axis feedforward moments in the body coordinate system are the X-axis feedforward moment M fx , the Y-axis feedforward moment M fy , and the Z-axis feedforward moment M fz in the body coordinate system; the total feedforward lift is T f .
  • 024 Obtaining the feedforward parameters of the UAV 100 includes:
  • the iterative optimization algorithm is used to obtain the feedforward parameters according to the lift distribution mapping relationship.
  • the feedforward parameters make the lift of the rotor 20 whose power fails to be less than the preset value.
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 0241 and 0243, that is, one or more controllers 30 can be used to: The lift distribution mapping relationship of the feed parameter; and the iterative optimization algorithm is used to obtain the feedforward parameter according to the lift distribution mapping relationship, and the feedforward parameter makes the lift of the rotor 20 with power failure less than the preset value. Referring to FIG.
  • one or more of the controllers 30 may include a transition phase feedforward controller, and the transition phase feedforward controller may be used to execute the methods in 0241 and 0243, that is, the transition phase feedforward controller It can be used to: obtain the lift distribution mapping relationship of the motor 24 of each rotor 20 with respect to the feedforward parameters; and use the iterative optimization algorithm to obtain the feedforward parameters according to the lift distribution mapping relationship.
  • the feedforward parameters make the lift of the rotor 20 with power failure less than the preset value.
  • T m is the lift assigned to each motor 24.
  • the process of obtaining the lift distribution mapping relationship is as follows:
  • the new control parameters can be expressed by the function g as:
  • the lift assigned to each motor is:
  • T m (T 1 , T 2 ,..., T i ) T ; where i is the total number of rotors 20, as long as the lift Ti of the rotor 20 with power failure is as small as possible, for example, less than the preset value. .
  • the value range of the X-axis feedforward moment M fx , the Y-axis feedforward moment M fy , and the Z-axis feedforward moment M fz are all in the range of (-100,100), and the value range of the feedforward total lift T f is ( 0, 100). Therefore, the specific steps of using the iterative optimization algorithm to obtain the feedforward parameters according to the lift distribution mapping relationship can be as follows:
  • 025 redistribute lift to each rotor 20 of the drone 100 according to the feedforward parameter and the first control parameter, including:
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 0251 and 0253, that is, one or more controllers 30 can be used to: obtain according to the feedforward parameter and the first control parameter The second control parameter; and according to the preset distribution matrix and the second control parameter, the lift is redistributed to each rotor 200 of the UAV 100.
  • the second control The parameters are Including the second control torque and the second control total lift of the UAV after the rotor fails.
  • the lift is redistributed to each rotor 200 of the UAV 100, which is Same as before, Malloc is the preset allocation matrix, which is a known quantity. After the lift is redistributed, the lift of the rotor 20 whose power has disappeared is minimized as much as possible, the disturbance can be reduced to the minimum, and the UAV 100 smoothly transitions to a balanced state.
  • the disturbance caused by power failure can be reduced as much as possible by designing the feedforward parameter F fwd, thereby enabling the UAV 100 to make a smooth transition.
  • the UAV 100 In a balanced state, the UAV 100 is prevented from crashing due to power failure, and the safety of the UAV 100 is ensured.
  • control method may further include:
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to perform the method in 03, that is, one or more controllers 30 can be used to: according to the drone 100 at an angular velocity greater than the first threshold
  • the gyro torque generated during rotation controls the attitude of the drone 100 to enter a stable mode; wherein, in the stable mode, the drone 100 can maintain its rotation at an angular velocity greater than the first threshold, and the drone 100 can follow the instructions Perform the corresponding operation.
  • the instruction may include a return home instruction
  • the drone 100 can perform corresponding operations according to the instruction including: the drone 100 returns home according to the return home instruction.
  • one or more controllers 30 can be used to control the drone 100 to return home according to the return home instruction.
  • the instruction may include a hovering instruction
  • the drone 100 capable of performing corresponding operations according to the instruction includes: the drone 100 hovering according to the hovering instruction.
  • one or more controllers 30 can be used to control the drone 100 to hover according to the hovering instruction.
  • the instruction may include a landing instruction
  • the drone 100 capable of performing a corresponding operation according to the instruction includes: the drone 100 landing according to the landing instruction.
  • one or more controllers 30 can be used to control the drone 100 to land according to the landing instruction.
  • the instruction includes a flight control instruction
  • the flight control instruction includes a flight direction and/or flight speed.
  • the drone 100 capable of performing corresponding operations according to the instruction includes: the drone 100 flies according to the flight control instruction.
  • one or more controllers 30 can be used to control the drone 100 to fly according to flight control instructions.
  • Control the attitude of the drone 100 according to the gyro torque generated when the drone 100 rotates at an angular velocity greater than the first threshold to enter the stable mode include:
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to perform the method in 031, that is, one or more controllers 30 can be used to: according to the drone 100 at an angular velocity greater than the first threshold
  • the gyro torque generated during rotation controls the roll angle and/or pitch angle of the UAV 100 to change within a predetermined range to enter a stable mode.
  • the unmanned aerial vehicle 100 will generate a great disturbance due to the power failure of a certain rotor 20. Although the disturbance is reduced to a minimum in the balance mode, the disturbance will still exist.
  • This embodiment participates in the attitude control of the UAV 100 through the gyro torque generated by the high-speed rotation, so that the roll angle and/or the pitch angle can be changed within a predetermined range (very small range), so as to further control the disturbance in a certain range.
  • the small range enables the UAV 100 to be maintained in a stable state, and the safety of the UAV 100 can also be ensured when any rotor 20 fails in power.
  • 03 Control the attitude of the drone 100 according to the gyro torque generated when the drone 100 rotates at an angular velocity greater than the first threshold to enter Stable mode, including:
  • One or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 032, 033, and 034, that is, one or more controllers 30 can be used to: The gyro torque generated during the rotation of the angular velocity of the A to obtain the desired parameter; obtain the third control parameter according to the desired parameter and the measured parameter; and control the attitude of the UAV 100 to enter the stable mode according to the third control parameter.
  • the desired parameters include the desired angular velocity p des of the roll axis of the drone 100 and the desired angular velocity q des of the pitch axis. Please refer to Fig. 2, Fig. 12 and Fig. 13 together.
  • 032 Obtain the desired parameters according to the gyro torque generated when the UAV 100 rotates at an angular velocity greater than the first threshold, including:
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 0321, 0322, and 0323, that is, one or more controllers 30 can be used to: The distribution torque on the axis and the pitch axis; obtain the gyro torque according to the distribution torque and the preset first distribution coefficient and the preset second distribution coefficient; and obtain the desired parameter according to the gyro torque and the gyro torque mapping relationship.
  • one or more of the controllers 30 may include an angular velocity controller, and the angular velocity controller may be used to perform the method in 0321, that is, the angular velocity controller may be used to obtain the roll axis and pitch axis of the UAV 100
  • the first distribution coefficient a 1 is greater than 0 and less than or equal to 1, for example, a 1 can take any of the values 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0 Value or any number between two adjacent values.
  • the first distribution coefficient a 1 is greater than or equal to 0.2 and less than or equal to 0.5.
  • the second distribution coefficient a 2 is greater than 0 and less than or equal to 1, for example, a 2 can take any value of 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0, or adjacent Any number between two values.
  • the second distribution coefficient a 2 is greater than or equal to 0.2 and less than or equal to 0.5.
  • the first distribution coefficient a 1 is greater than 0 and less than or equal to 1
  • the second distribution coefficient a 2 is also greater than 0 and less than or equal to 1.
  • the first distribution coefficient a 1 and the second distribution coefficient a 2 are the same.
  • the expected parameters of the UAV 100 can be calculated, that is, unmanned
  • one or more of the controllers 30 may include an angular velocity controller, and the angular velocity controller may be used to perform the method in 033, that is, the angular velocity controller may be used to obtain the third control parameter.
  • the measurement parameters include the measured angular velocity of the roll axis and the measured angular velocity of the pitch axis of the UAV 100, both of which can be detected by the sensor.
  • the parameter errors can be obtained according to the expected parameters and the measured parameters, that is, the angular velocity error of the roll axis and the angular velocity error of the pitch axis of the UAV 100.
  • the angular velocity controller obtains the third control parameter according to the parameter error.
  • the third control parameter includes: the third control torque and the third control total lift of the UAV 100 in the stable mode after the rotor 20 fails.
  • controlling the attitude of the UAV 100 to enter the stable mode according to the third control parameter may include:
  • the motor 24 of the corresponding rotor 20 of the drone 100 is controlled to rotate according to the redistributed lift of each rotor 20, so that the attitude of the drone 100 is in a stable mode.
  • the redistribution of lift for each rotor 20 of the UAV 100 can refer to the method in 0253, which will not be further introduced here.
  • one or more controllers 30 may include attitude controllers, which may be used to obtain instruction parameters according to the desired attitude and measured attitude.
  • the instruction parameters include unmanned attitude controllers.
  • the one or more controllers 30 may also include an angular velocity command feedforward compensation controller.
  • the angular velocity command feedforward compensation controller may output the feedforward angular velocity p fwd of the roll axis of the UAV 100 and the feed forward angular velocity q fwd of the pitch axis. .
  • control method may further include:
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to perform the method in 04, that is, one or more controllers 30 can be used to: control the drone according to the current flight status of the drone 100
  • the horizontal speed of the drone 100 is such that the horizontal acceleration of the drone 100 is within a predetermined range.
  • 04 Control the horizontal speed of the UAV 100 according to the current flight state of the UAV 100, so that the horizontal acceleration of the UAV 100 is Within the predetermined scope, including:
  • one or more controllers 30 in the multi-rotor drone 100 can be used to execute the methods in 041, 043, 045, and 047, that is, one or more controllers 30 can be used to: obtain the drone 100 Obtain the desired horizontal speed of the UAV 100; output the speed adjustment signal according to the desired horizontal speed, the measured horizontal speed, and the current flight status of the UAV 100; and control the level of the UAV 100 according to the speed adjustment signal Speed so that the horizontal acceleration of the drone 100 is within a predetermined range.
  • one or more controllers 30 may include a speed controller adjustment module and a speed controller.
  • the speed controller adjustment module can be used to perform the method in 045, that is, the speed controller adjustment module is available It outputs a speed adjustment signal according to the desired horizontal speed, the measured horizontal speed, and the current flight state of the UAV 100.
  • the speed controller can be used to perform the method in 047, that is, the speed controller can be used to control the horizontal speed of the drone 100 according to the speed adjustment signal so that the horizontal acceleration of the drone 100 is within a predetermined range.
  • the drone 100 will gradually enter a high-speed rotation. Balance mode, and switch the attitude control algorithm when the angular velocity command feedforward compensation is applied to control the attitude of the UAV 100, so that the UAV 100 enters the stable mode with stable attitude. At this time, the heading of the UAV 100 will be controlled.
  • this application also provides a control device 200, which is used in the multi-rotor drone 100.
  • the multi-rotor drone 100 includes a fuselage 10 and a plurality of rotors 20 arranged on the fuselage 10.
  • the control device 200 includes one or more controllers 30, and the one or more controllers 30 are used to execute the control method of the multi-rotor drone of any one of the above embodiments.
  • the control method of the multi-rotor drone includes 01, 02, 021, 022, 023, 024, 025, 026, 0231, 0233, 0235, 0237, 0241, 0243, 0251, 0253, 03, 031, 032, 033,
  • the methods in 034, 0321, 0322, 0323, 04, 041, 043, 045, 047, for example, one or more controllers 30 can be used to execute:
  • control device 200 can be independent of the drone 100, or integrated on the drone 100, and set inside or outside the fuselage 10 of the drone 100, which is not limited here.
  • any rotor 20 of the drone 100 fails, for example, when a certain motor 24 stops rotating or the propeller 22 fires a propeller
  • one or more controllers 30 control the drone 100 to be greater than The angular velocity of the first threshold rotates, and the displacement of the drone 100 in the horizontal direction is less than the preset displacement, so that the user can take effective safety measures before the drone 100 crashes, which can reduce the crash of the drone 100 Probability ensures the safety of the UAV 100, so that the flight safety problem caused by power failure can be solved well.
  • the present application also provides a non-volatile computer-readable storage medium 300.
  • the computer-readable storage medium 300 stores a computer program.
  • the control method of the multi-rotor drone of any one of the above embodiments is realized.
  • the control methods of multi-rotor drones include 01, 02, 021, 022, 023, 024, 025, 026, 0231, 0233, 0235, 0237, 0241, 0243, 0251, 0253, 03, 031, 032, 033, 034 , 0321, 0322, 0323, 04, 041, 043, 045, 047, for example, the processor 40 executes:
  • the processor 40 controls the unmanned aircraft.
  • the drone 100 rotates at an angular velocity greater than the first threshold, and the displacement of the drone 100 in the horizontal direction is less than the preset displacement, so that the user can take effective safety measures before the drone 100 crashes, and can reduce the drone.
  • the crash probability of 100 ensures the safety of the UAV 100, which can well solve the flight safety problem caused by power failure.
  • first and second are only used for descriptive purposes, and cannot be understood as indicating or implying relative importance or implicitly indicating the number of indicated technical features. Therefore, the features defined with “first” and “second” may explicitly or implicitly include at least one of the features. In the description of the present application, "a plurality of” means at least two, such as two, three, etc., unless specifically defined otherwise.
  • a "computer-readable medium” can be any device that can contain, store, communicate, propagate, or transmit a program for use by an instruction execution system, device, or device or in combination with these instruction execution systems, devices, or devices.
  • computer readable media include the following: electrical connections (electronic devices) with one or more wiring, portable computer disk cases (magnetic devices), random access memory (RAM), Read only memory (ROM), erasable and editable read only memory (EPROM or flash memory), fiber optic devices, and portable compact disk read only memory (CDROM).
  • the computer-readable medium may even be paper or other suitable medium on which the program can be printed, because it can be used, for example, by optically scanning the paper or other medium, followed by editing, interpretation, or other suitable media if necessary. The program is processed in a manner to obtain the program electronically, and then stored in the computer memory.
  • each part of this application can be implemented by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • multiple steps or methods can be implemented by software or firmware stored in a memory and executed by a suitable instruction execution system.
  • a suitable instruction execution system For example, if it is implemented by hardware, as in another embodiment, it can be implemented by any one or a combination of the following technologies known in the art: Discrete logic circuits, application specific integrated circuits with suitable combinational logic gates, programmable gate array (PGA), field programmable gate array (FPGA), etc.
  • a person of ordinary skill in the art can understand that all or part of the steps carried in the method of the foregoing embodiments can be implemented by a program instructing relevant hardware to complete.
  • the program can be stored in a computer-readable storage medium. When executed, it includes one of the steps of the method embodiment or a combination thereof.
  • the functional units in the various embodiments of the present application may be integrated into one processing module, or each unit may exist alone physically, or two or more units may be integrated into one module.
  • the above-mentioned integrated modules can be implemented in the form of hardware or software functional modules. If the integrated module is implemented in the form of a software function module and sold or used as an independent product, it can also be stored in a computer readable storage medium.
  • the aforementioned storage medium may be a read-only memory, a magnetic disk or an optical disk, etc.

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Abstract

一种多旋翼无人机的控制方法、多旋翼无人机（100）、控制装置（200）和非易失性计算机可读存储介质（300）。多旋翼无人机的控制方法包括：（01）获取无人机的每个旋翼的动力状态；及（02）在基于动力状态确定无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制无人机进入平衡模式。其中，在平衡模式下，无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机在水平方向的位移小于预设位移量。

Description

多旋翼无人机及其控制方法、控制装置和计算机可读存储介质 技术领域
本申请涉及飞行器安全技术领域，特别涉及一种多旋翼无人机的控制方法、多旋翼无人机、控制装置和非易失性计算机可读存储介质。
背景技术
多旋翼无人机由于其结构简单、成本低、易于控制等特点，已经广泛应用于教育科研、航拍摄影、军用侦察、警用安全等多个领域。
多旋翼无人机包括多个电机与螺旋桨，电机驱动螺旋桨旋转产生升力与反扭距，通过一系列的控制算法与分配策略产生无人机飞行所需要的升力与控制力矩，用以控制无人机的位置与姿态。然而，当某个旋翼的动力完全失效，即某个电机停转或桨叶射桨时，无人机会立即坠毁，引起安全问题。
发明内容
本申请实施方式提供一种多旋翼无人机的控制方法、多旋翼无人机、控制装置和非易失性计算机可读存储介质。
本申请实施方式的多旋翼无人机的控制方法包括：获取所述无人机的每个旋翼的动力状态；及在基于所述动力状态确定所述无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制所述无人机进入平衡模式。其中，在所述平衡模式下，所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
本申请实施方式的多旋翼无人机包括多个旋翼及一个或多个控制器。一个或多个所述控制器用于：获取所述无人机的每个旋翼的动力状态；及在基于所述动力状态确定所述无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制所述无人机进入平衡模式。其中，在所述平衡模式下，所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
本申请实施方式的控制装置，用于多旋翼无人机。所述多旋翼无人机包括机身及设置在所述机身上的多个旋翼。所述控制装置包括一个或多个控制器，一个或多个所述控制器用于：获取所述无人机的每个旋翼的动力状态；及在基于所述动力状态确定所述无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制所述无人机进入平衡模式。其中，在所述平衡模式下，所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
本申请实施方式的非易失性计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现：获取所述无人机的每个旋翼的动力状态；及在基于所述动力状态确定所述无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制所述无人机进入平衡模式。其中，在所述平衡模式下，所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
本申请实施方式的多旋翼无人机的控制方法、多旋翼无人机、控制装置和非易失性计算机可读存储介质中，在无人机的任意一个旋翼的动力失效，例如某个电机停转或桨叶射桨时，控制无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机在水平方向的位移小于预设位移量，使得在无人机坠机前用户可以采取有效的安全措施，能够降低无人机的坠机概率，保证了无人机的安全，从而可以很好地解决由于动力失效造成的飞行安全问题。
本申请实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图2是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的结构示意图；
图3是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图4是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图5是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的原理示意图；
图6是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图7是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图8是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图9是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图10是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图11是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图12是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的原理示意图；
图13是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图14是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图15是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的原理示意图；
图16是本申请某些实施方式的多旋翼无人机的控制方法的流程示意图；
图17是本申请某些实施方式的控制装置与多旋翼无人机的结构示意图；
图18是本申请某些实施方式的计算机可读存储介质的模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
另外，下面结合附图描述的本申请的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的限制。
请参阅图1和图2，本申请实施方式提供一种多旋翼无人机的控制方法。该控制方法适用于多旋翼无人机100，其中，多旋翼无人机100包括机身10及设置在机身10上的多个旋翼20，例如设置在机身10上的两个旋翼、三个旋翼、四个旋翼、五个旋翼、六个旋翼、或者更多个旋翼。该控制方法包括：
01：获取无人机100的每个旋翼20的动力状态；
02：在基于动力状态确定无人机100的任意一个旋翼20的动力失效时，控制无人机100进入平衡模式；其中，在平衡模式下，无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100在水平方向的位移小于预设位移量。
请参阅图2，本申请实施方式还提供一种多旋翼无人机100。多旋翼无人机100机身10、设置在机身10上的多个旋翼20、及设置在机身10上的一个或多个控制器30。一个或多个控制器30可用于执行01及02中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：获取无人机100的每个旋翼20的动力状态；及在基于动力状态确定无人机100的任意一个旋翼20的动力失效时，控制无人机100进入平衡模式；其中，在平衡模式下，无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100在水平方向的位移小于预设位移量。
其中，旋翼20可以是两个、三个、四个、五个、六个、或者更多个，在此不作限制。每个旋翼20均包括一个螺旋桨22及用于驱动螺旋桨22转动以为无人机100提供升力的电机24。无人机100的每个旋翼20的动力状态可以由各类参数来体现，在一个实施方式中，每个旋翼20的动力状态可以由电机24的参数，例如电压、电流、转速来体现，在一个例子中，当电机24的电压超出预设电压范围，则表明对应的旋翼20的动力失效；在另一个例子中，当电机24的电流超出预设电流范围，则表明对应的旋翼20的动力失效；在再一个例子中，当电机24的转速超出预设转速范围，则表明对应的旋翼20的动力失效。在另一个实施方式中，每个旋翼20的动力状态可以 由螺旋桨22的参数，例如拉力来体现，在一个例子中，当螺旋桨22的拉力超出预设拉力范围，则表明对应的旋翼20的动力失效。
另外，无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转是指：无人机100绕着自身机体的Z轴的转动，第一阈值一般取较大值，由此使得无人机100自转的角速度较大以能在任意一个旋翼20失效时，无人机100也能维持平衡。无人机100在水平方向的位移小于预设位移量是指：无人机100在世界坐标系下的XY面(世界坐标系下的Z轴(竖直方向)垂直世界坐标系下的XY面)的位移小于预设位移量，预设位移量一般取较小值，由此在任意一个旋翼20失效时，无人机100并不会飘走，而尽量保持在动力失效发生时的最初位置。
本申请实施方式的多旋翼无人机的控制方法及多旋翼无人机100，在无人机100的任意一个旋翼20的动力失效，例如某个电机24停转或螺旋桨22射桨时，控制无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100在水平方向的位移小于预设位移量，使得在无人机坠机前用户可以采取有效的安全措施，能够降低无人机100的坠机概率，保证了无人机100的安全，从而可以很好地解决由于动力失效造成的飞行安全问题。
请参阅图2及图3，在某些实施方式中，02：控制无人机100进入平衡模式，包括：
021：控制无人机100以小于第二阈值的角速度自转；及
022：控制无人机100自转的角速度逐渐增大，直至达到平衡模式下的角速度，以进入平衡模式。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行021及022中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：控制无人机100以小于第二阈值的角速度自转；及控制无人机100自转的角速度逐渐增大，直至达到平衡模式下的角速度，以进入平衡模式。
其中，第二阈值小于第一阈值，在任意一个旋翼20发生动力失效的时刻，往往无人机100的自转角速度为零或很小，只有控制无人机100的自转角速度逐渐增大，直至大于第一阈值，才能减小由于动力失效而产生的扰动，使得无人机100处于平衡的状态。
请参阅图2、图4及图5，在某些实施方式中，02：控制无人机100进入平衡模式，包括：
023：获取无人机100的第一控制参数；
024：获取无人机100的前馈参数；
025：根据前馈参数及第一控制参数对无人机100的每个旋翼20重新分配升力；及
026：根据每个旋翼20重新分配的升力控制无人机100的对应旋翼20的电机24转动，以使无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，及无人机100在水平方向的位移小于预设位移量。
多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行023、024、025及026中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：获取无人机100的第一控制参数；获取无人机100的前馈参数；根据前馈参数及第一控制参数对无人机100的每个旋翼20重新分配升力；及根据每个旋翼20重新分配的升力控制无人机100的对应旋翼20的电机24转动，以使无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，及无人机100在水平方向的位移小于预设位移量。
具体地，第一控制参数为F alloc＝(M x,M y,M z,T all) T，包括旋翼20失效前无人机100的第一控制力矩及第一控制总升力，第一控制力矩包括无人机100在机体坐标系下的三轴控制力矩，分别为机体坐标系下的X轴控制力矩M x、Y轴控制力矩M y、及Z轴控制力矩M z；第一控制总升力为T all。请参阅图2、图5及图6，在一个实施方式中，023：获取无人机100的第一控制参数，包括：
0231：获取无人机100期望姿态；
0233：获取无人机100的测量姿态；
0235：根据期望姿态及测量姿态获取期望角速度；及
0237：根据无人机100的测量角速度及期望角速度获取第一控制参数。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行0231、0233、0235及0237中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：获取无人机100期望姿态；获取无人机100的测量姿态；根据期望姿态及测量姿态获取期望角速度；及根据无人机100的测量角速度及期望角速度获取第一控制参数。其中，期望姿态可以是遥控器传输给无人机100上的通讯单元，一个或多个控制器30从该通讯单元读取到的。测量姿态可以是无人机100上的一个或多个传感器，例如惯性测量单元实时检测得到，然后由一个或多个控制器30从传感器读取到的。请参阅图5，在一个例子中，一个或多个控制器30可包括姿态控制器和角速度控制器，姿态控制器可用于执行0235中的方法，即，姿态控制器可用于根据期望姿态及测量姿态获取期望角速度。角速度控制器可用于执行0237中的方法，即，角速度控制器可用于根据无人机100的测量角速度及期望角速度获取第一控制参数。
前馈参数为F fwd＝(M fx,M fy,M fz,T f) T，包括旋翼20失效后无人机100的前馈力矩 及前馈总升力，前馈力矩包括无人机100在机体坐标系下的三轴前馈力矩，分别为机体坐标系下的X轴前馈力矩M fx、Y轴前馈力矩M fy、及Z轴前馈力矩M fz；前馈总升力为T f。请参阅图2、图5及图7，在一个实施方式中，024：获取无人机100的前馈参数，包括：
0241：获取每个旋翼20的电机24关于前馈参数的升力分配映射关系；
0243：利用迭代优化算法根据升力分配映射关系获取前馈参数，前馈参数使得动力失效的旋翼20的升力小于预设值。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行0241及0243中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：获取每个旋翼20的电机24关于前馈参数的升力分配映射关系；及利用迭代优化算法根据升力分配映射关系获取前馈参数，前馈参数使得动力失效的旋翼20的升力小于预设值。请参阅图5，在一个例子中，一个或多个控制器30可包括过渡阶段前馈控制器，过渡阶段前馈控制器可用于执行0241及0243中的方法，即，过渡阶段前馈控制器可用于：获取每个旋翼20的电机24关于前馈参数的升力分配映射关系；及利用迭代优化算法根据升力分配映射关系获取前馈参数，前馈参数使得动力失效的旋翼20的升力小于预设值。
升力分配映射关系可以由以未知的前馈参数为变量的函数h表示为：T m＝h(M fx,M fy,M fz,T f) T，T m≥0。其中，T m为分配到每个电机24的升力。获取该升力分配映射关系的过程如下：
由于在任意一个旋翼20发生动力失效的时刻，无人机100的自转角速度为零或很小，因此，需要使得无人机100快速进入高速自转以提供足够的陀螺力矩来使得无人机100的姿态平衡。然而，由于开始时，无人机100自转速度较低，无法依靠陀螺力矩来消除扰动，因此可假设借助一个前馈参数(未知量)来减少动力失效而产生的扰动。
未知的前馈参数施加到无人机100之后新的控制参数可用函数g表示为：
F′ alloc＝F alloc+F fwd＝(M x+M fx,M y+M fy,M z+M fz,T all+T f) T＝g(M fx,M fy,M fz,T f) T。
分配到每个电机的升力为：
T m＝M allocF′ alloc＝M allocg(M fx,M fy,M fz,T f) T＝h(M fx,M fy,M fz,T f) T；其中，M alloc为预设的分配矩阵，为已知量。
由于T m＝(T 1,T 2,……,T i) T；其中，i为旋翼20的总数量，只要使得动力失效的旋翼20的升力Ti尽可能小，例如小于预设值即可。一般地，X轴前馈力矩M fx、Y轴前馈力矩M fy、及Z轴前馈力矩M fz的取值范围均在(-100,100)，前馈总升力T f的取值范围在(0，100)。因此，利用迭代优化算法根据升力分配映射关系获取前馈参数 的具体步骤可以是：
选取X轴前馈力矩M fx、Y轴前馈力矩M fy、Z轴前馈力矩M fz、及前馈总升力为T f的一个初值代入升力分配映射关系中，求得失效的旋翼20的升力Ti1，若Ti1的值大于预设值，则在M fx、M fy、M fz、及T f的初值上增加一个迭代值，并继续代入升力分配映射关系中，继续求得失效的旋翼20的升力Ti2，直至Tin的值小于预设值(n为代入映射关系的次数)，此时无人机100因某个旋翼20动力失效而损失的力矩M lost则可消除。与此同时，M fx、M fy、M fz、及T f值即为024中的前馈参数，至此便求解出需要的前馈参数。
请参阅图2、图5及图8，在一个实施方式中，025：根据前馈参数及第一控制参数对无人机100的每个旋翼20重新分配升力，包括：
0251：根据前馈参数及第一控制参数获取第二控制参数；及
0253：根据预设的分配矩阵及第二控制参数对无人机100的每个旋翼200重新分配升力。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行0251及0253中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：根据前馈参数及第一控制参数获取第二控制参数；及根据预设的分配矩阵及第二控制参数对无人机100的每个旋翼200重新分配升力。
其中，第一控制参数为F alloc＝(M x,M y,M z,T all) T，前馈参数为F fwd＝(M fx,M fy,M fz,T f) T，第二控制参数为
Figure PCTCN2020089021-appb-000001
包括旋翼失效后无人机的第二控制力矩及第二控制总升力。根据预设的分配矩阵及第二控制参数对无人机100的每个旋翼200重新分配升力，即为
Figure PCTCN2020089021-appb-000002
同前，M alloc为预设的分配矩阵，为已知量。升力重新分配后，使得动力消失的旋翼20的升力尽可能最小，扰动可以减小到最小，无人机100平稳过渡到平衡状态。
本申请实施方式的多旋翼无人机的控制方法及多旋翼无人机100，通过设计前馈参数F fwd就可以尽可能地减小由于动力失效产生的扰动，从而使得无人机100平稳过渡到平衡状态，以避免因动力失效导致无人机100坠机，保证了无人机100的安全。
请一并参阅图2及图9，在某些实施方式中，控制方法还可包括：
03：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制无人机100的姿态，以进入稳定模式；其中，在稳定模式下，无人机100能够保持以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100能够根据指令执行对应的操作。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行03中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时 产生的陀螺力矩控制无人机100的姿态，以进入稳定模式；其中，在稳定模式下，无人机100能够保持以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100能够根据指令执行对应的操作。
在一个例子中，指令可包括返航指令，无人机100能够根据指令执行对应的操作包括：无人机100根据返航指令返航。对应地，一个或多个控制器30可用于控制无人机100根据返航指令返航。
在一个例子中，指令可包括悬停指令，无人机100能够根据指令执行对应的操作包括：无人机100根据悬停指令悬停。对应地，一个或多个控制器30可用于控制无人机100根据悬停指令悬停。
在一个例子中，指令可包括降落指令，无人机100能够根据指令执行对应的操作包括：无人机100根据降落指令降落。对应地，一个或多个控制器30可用于控制无人机100根据降落指令降落。
在一个例子中，指令包括飞行控制指令，飞行控制指令包括飞行方向和/或飞行速度，无人机100能够根据指令执行对应的操作包括：无人机100根据飞行控制指令飞行。对应地，一个或多个控制器30可用于控制无人机100根据飞行控制指令飞行。
当无人机100进入高速自转的平衡状态后，由于某个旋翼20的动力失效后，该旋翼20对应的电机24能够产生的控制参数(包括控制力矩及控制总升力)不足，此时将由高速自转产生的陀螺力矩参与无人机100的姿态控制，使得无人机100能够进入稳定模式，且能够响应用户指令并执行对应的操作，使得用户能够在无人机100发生动力失效时，结合当前情况有效地选择对无人机控制有利的策略，由此不仅能够大大地降低因动力失效导致无人机100的坠机概率，保证了无人机100的安全，还能提高动力失效的无人机100的飞行稳定性。
请一并参阅图2及图10，在某些实施方式中，03：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制无人机100的姿态，以进入稳定模式，包括：
031：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩，控制无人机100的横滚角和/或俯仰角在预定范围内变化，以进入稳定模式。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行031中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩，控制无人机100的横滚角和/或俯仰角在预定范围内变化，以进入稳定模式。
其中，无人机100因为某个旋翼20的动力失效，会产生极大的扰动，尽管在平衡模式下，该扰动被减小到最小，但扰动仍然会存在。本实施方式通过由高速自转产 生的陀螺力矩来参与无人机100的姿态控制，能够使得横滚角和/或俯仰角在预定范围(非常小的范围)内变化，以进一步地控制扰动在一个较小的范围，使得无人机100能够保持在一个稳定状态，在任意旋翼20发生动力失效时也能保证无人机100的安全。
请一并参阅图2、图11及图12，在某些实施方式中，03：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制无人机100的姿态，以进入稳定模式，包括：
032：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩获取期望参数；
033：根据期望参数及测量参数获取第三控制参数；及
034：根据第三控制参数控制无人机100的姿态以进入稳定模式。
多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行032、033、及034中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩获取期望参数；根据期望参数及测量参数获取第三控制参数；及根据第三控制参数控制无人机100的姿态以进入稳定模式。
具体地，期望参数包括无人机100的横滚轴的期望角速度p des及俯仰轴的期望角速度q des。请一并参阅图2、图12及图13，在一个实施方式中，032：根据无人机100以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩获取期望参数，包括：
0321：获取无人机100在横滚轴及俯仰轴上的分配力矩；
0322：根据分配力矩及预设的第一分配系数及预设的第二分配系数获取陀螺力矩；及
0323：根据陀螺力矩及陀螺力矩映射关系获取期望参数。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行0321、0322、0323中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：获取无人机100在横滚轴及俯仰轴上的分配力矩；根据分配力矩及预设的第一分配系数及预设的第二分配系数获取陀螺力矩；及根据陀螺力矩及陀螺力矩映射关系获取期望参数。其中，在一个例子中，一个或多个控制器30可包括角速度控制器，角速度控制器可用于执行0321中的方法，即，角速度控制器可用于获取无人机100在横滚轴及俯仰轴上的分配力矩，分配力矩可为F xy＝(M x,M y) T，为由角速度控制器输出的已知量。其中，分别为进入平衡模式后无人机100的X轴控制力矩M x及Y轴控制力矩M y。
若部分分配力矩由陀螺力矩提供，则陀螺力矩为M gyro＝(a 1M x,a 2M y) T，a 1为第一分配系数，a 2为第二分配系数。更具体地，在一个例子中，第一分配系数a 1大于0小 于等于1，例如a 1可取值0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9及1.0中的任意一个值或相邻两个值之间的任意数值。较佳地，第一分配系数a 1大于等于0.2小于等于0.5。在一个例子中，第二分配系数a 2大于0小于等于1，例如a 2可取值0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9及1.0中的任意一个值或相邻两个值之间的任意数值。较佳地，第二分配系数a 2大于等于0.2小于等于0.5。在一个例子中，第一分配系数a 1大于0小于等于1，且第二分配系数a 2也大于0小于等于1。在某些实施方式中，第一分配系数a 1与第二分配系数a 2相同。
陀螺力矩映射关系可以是陀螺力矩公式，即M gyro＝(-qr,pr,0) TI Z，其中，p为无人机100的横滚轴(X轴)的角速度，q为无人机100的俯仰轴(Y轴)的角速度，r为无人机100的偏航轴(Z轴)的角速度，I Z为无人机100的偏航轴的惯量。根据陀螺力矩M gyro＝(a 1M x,a 2M y) T及陀螺力矩公式M gyro＝(-qr,pr,0) TI Z可计算出无人机100的期望参数，即无人机100的横滚轴的期望角速度p des及俯仰轴的期望角速度q des，
Figure PCTCN2020089021-appb-000003
其中，r为由传感器检测出的已知量，I Z也为已知量。
请参阅图12，在一个例子中，一个或多个控制器30可包括角速度控制器，角速度控制器可用于执行033中的方法，即，角速度控制器可用于根据期望参数及测量参数获取第三控制参数。测量参数包括无人机100的横滚轴的测量角速度及俯仰轴的测量角速度，二者均可由传感器检测出。根据期望参数及测量参数可获取参数误差，即无人机100的横滚轴的角速度误差及俯仰轴的角速度误差。角速度控制器再根据参数误差获取第三控制参数。此时，第三控制参数包括：旋翼20失效后在稳定模式下，无人机100的第三控制力矩及第三控制总升力。
请继续参阅图12，在一个实施方式中，034：根据第三控制参数控制无人机100的姿态以进入稳定模式，可以包括：
根据预设的分配矩阵及第三控制参数对无人机100的每个旋翼20重新分配升力；及
根据每个旋翼20重新分配的升力控制无人机100的对应旋翼20的电机24转动，以使无人机100的姿态处于稳定模式。
其中，对无人机100的每个旋翼20重新分配升力可以参考0253中的方法，在此不再展开介绍。
另外，需要说明的是：请参阅图12，如前所述，一个或多个控制器30可包括姿态控制器，姿态控制器可用于根据期望姿态及测量姿态获取指令参数，指令参数包括无人机100的横滚轴的指令望角速度p command及俯仰轴的期望角速度q command，在获 取了无人机100的横滚轴的期望角速度p des及俯仰轴的期望角速度q des之后，可以获取无人机100的横滚轴的前馈角速度p fwd及俯仰轴的前馈角速度q fwd，即(p fwd，q fwd) T＝(p des-p command，q des-q command) T。一个或多个控制器30还可包括角速度指令前馈补偿控制器，角速度指令前馈补偿控制器可输出无人机100的横滚轴的前馈角速度p fwd及俯仰轴的前馈角速度q fwd。
请一并参阅图2及图14，在某些实施方式中，控制方法还可包括：
04：根据无人机100的当前飞行状态控制无人机100的水平速度，以使得无人机100的水平加速度在预定范围内。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行04中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：根据无人机100的当前飞行状态控制无人机100的水平速度，以使得无人机100的水平加速度在预定范围内。
请一并参阅图2、图15及图16，在某些实施方式中，04：根据无人机100的当前飞行状态控制无人机100的水平速度，以使得无人机100的水平加速度在预定范围内，包括：
041：获取无人机100的期望水平速度；
043：获取无人机100的测量水平速度；
045：根据期望水平速度、测量水平速度、及无人机100的当前飞行状态输出速度调节信号；及
047：根据速度调节信号控制无人机100的水平速度，以使得无人机100的水平加速度在预定范围内。
对应地，多旋翼无人机100中的一个或多个控制器30可用于执行041、043、045、及047中的方法，即，一个或多个控制器30可用于：获取无人机100的期望水平速度；获取无人机100的测量水平速度；根据期望水平速度、测量水平速度、及无人机100的当前飞行状态输出速度调节信号；及根据速度调节信号控制无人机100的水平速度，以使得无人机100的水平加速度在预定范围内。
请参阅图15，在一个例子中，一个或多个控制器30可包括速度控制器调节模块和速度控制器，速度控制器调节模块可用于执行045中的方法，即，速度控制器调节模块可用于根据期望水平速度、测量水平速度、及无人机100的当前飞行状态输出速度调节信号。速度控制器可用于执行047中的方法，即，速度控制器可用于根据速度调节信号控制无人机100的水平速度，以使得无人机100的水平加速度在预定范围内。
如前所述，本申请的多旋翼无人机的控制方法及多旋翼无人机100中，在无人机100的任意一个旋翼20的动力失效后，无人机100将逐渐进入高速自转的平衡模式， 并且切换施加了角速度指令前馈补偿时的姿态控制算法来控制无人机100的姿态，使无人机100进入姿态稳定的稳定模式，此时无人机100的航向将放开控制为随动状态，即控制器30不产生航向控制力矩，并且由于处于特殊飞行状态，无人机100的+-速度控制器将根据当前飞行状态进行实时调节，避免无人机100的姿态过大而使无人机100发散，从而进一步提高了无人机100的稳定性。
请参阅图17，本申请还提供一种控制装置200，该控制装置200用于多旋翼无人机100。多旋翼无人机100包括机身10及设置在机身10上的多个旋翼20。控制装置200包括一个或多个控制器30，一个或多个控制器30用于执行上述任意一项实施方式的多旋翼无人机的控制方法。该多旋翼无人机的控制方法包括01、02、021、022、023、024、025、026、0231、0233、0235、0237、0241、0243、0251、0253、03、031、032、033、034、0321、0322、0323、04、041、043、045、047中的方法，例如，一个或多个控制器30可用于执行：
01：获取无人机100的每个旋翼20的动力状态；
02：在基于动力状态确定无人机100的任意一个旋翼20的动力失效时，控制无人机100进入平衡模式；其中，在平衡模式下，无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100在水平方向的位移小于预设位移量。
需要说明的是：控制装置200可以独立在无人机100之外，也可以集成在无人机100上，并设置在无人机100的机身10内部或外部，在此不作限制。
本申请实施方式的控制装置200在无人机100的任意一个旋翼20的动力失效，例如某个电机24停转或螺旋桨22射桨时，一个或多个控制器30控制无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100在水平方向的位移小于预设位移量，使得在无人机100坠机前用户可以采取有效的安全措施，能够降低无人机100的坠机概率，保证了无人机100的安全，从而可以很好地解决由于动力失效造成的飞行安全问题。
请参阅图18，本申请还提供一种非易失性计算机可读存储介质300。计算机可读存储介质300上存储有计算机程序。计算机程序被处理器40执行时实现上述任意一项实施方式的多旋翼无人机的控制方法。多旋翼无人机的控制方法包括01、02、021、022、023、024、025、026、0231、0233、0235、0237、0241、0243、0251、0253、03、031、032、033、034、0321、0322、0323、04、041、043、045、047中的方法，例如处理器40执行：
01：获取无人机100的每个旋翼20的动力状态；
02：在基于动力状态确定无人机100的任意一个旋翼20的动力失效时，控制无 人机100进入平衡模式；其中，在平衡模式下，无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100在水平方向的位移小于预设位移量。
本申请实施方式的非易失性计算机可读存储介质300，在无人机100的任意一个旋翼20的动力失效，例如某个电机24停转或螺旋桨22射桨时，处理器40控制无人机100以大于第一阈值的角速度进行自转，且无人机100在水平方向的位移小于预设位移量，使得在无人机100坠机前用户可以采取有效的安全措施，能够降低无人机100的坠机概率，保证了无人机100的安全，从而可以很好地解决由于动力失效造成的飞行安全问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装 置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (46)

  1. 一种多旋翼无人机的控制方法，其特征在于，包括：
    获取所述无人机的每个旋翼的动力状态；及
    在基于所述动力状态确定所述无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制所述无人机进入平衡模式；
    其中，在所述平衡模式下，所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
  2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述无人机进入平衡模式，包括：
    控制所述无人机以小于第二阈值的角速度自转；及
    控制所述无人机自转的角速度逐渐增大，直至达到所述平衡模式下的角速度，以进入所述平衡模式。
  3. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述无人机进入平衡模式，包括：
    获取所述无人机的第一控制参数，所述第一控制参数包括所述旋翼失效前所述无人机的第一控制力矩及第一控制总升力；
    获取所述无人机的前馈参数，所述前馈参数包括所述旋翼失效后所述无人机的前馈力矩及前馈总升力；
    根据所述前馈参数及所述第一控制参数对所述无人机的每个旋翼重新分配升力；及
    根据每个旋翼重新分配的升力控制所述无人机的对应旋翼的电机转动，以使所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，及所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
  4. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述前馈参数及所述第一控制参数对所述无人机的每个旋翼重新分配升力，包括：
    根据所述前馈参数及所述第一控制参数获取第二控制参数，所述第二控制参数包括所述旋翼失效后所述无人机的第二控制力矩及第二控制总升力；及
    根据预设的分配矩阵及所述第二控制参数对所述无人机的每个旋翼重新分配升力。
  5. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述无人机的前馈参数，包括：
    获取每个旋翼的电机关于前馈参数的升力分配映射关系；及
    利用迭代优化算法根据所述升力分配映射关系获取所述前馈参数，所述前馈参数使得动力失效的旋翼的升力小于预设值。
  6. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述无人机的第一控制参数，包括：
    获取所述无人机的期望姿态；
    获取所述无人机的测量姿态；
    根据所述期望姿态及所述测量姿态获取所述期望角速度；及
    根据所述无人机的测量角速度及所述期望角速度获取所述第一控制参数。
  7. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制所述无人机的姿态，以进入稳定模式；
    其中，在所述稳定模式下，所述无人机能够保持以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机能够根据指令执行对应的操作。
  8. 根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述指令包括返航指令，所述无人机能够根据指令执行对应的操作包括：所述无人机根据所述返航指令返航；和/或
    所述指令包括悬停指令，所述无人机能够根据指令执行对应的操作包括：所述无人机根据所述悬停指令悬停；和/或
    所述指令包括降落指令，所述无人机能够根据指令执行对应的操作包括：所述无人机根据所述降落指令降落；和/或，
    所述指令包括飞行控制指令，所述飞行控制指令包括飞行方向和/或飞行速度，所述无人机能够根据指令执行对应的操作包括：所述无人机根据所述飞行控制指令飞行。
  9. 根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制所述无人机的姿态，以进入稳定模式，包括：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩，控制所述无人机的横滚角和/或俯仰角在预定范围内变化，以进入稳定模式。
  10. 根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制所述无人机的姿态，以进入稳定模式，包括：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩获取期望参数，所述期望参数包括所述无人机的横滚轴的期望角速度及俯仰轴的期望角速度；
    根据所述期望参数及测量参数获取第三控制参数，所述第三控制参数包括所述旋翼失效后所述无人机的第三控制力矩及第三控制总升力；及
    根据所述第三控制参数控制所述无人机的姿态以进入所述稳定模式。
  11. 根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩获取期望参数，包括：
    获取所述无人机在横滚轴及俯仰轴上的分配力矩；
    根据所述分配力矩及预设的第一分配系数及预设的第二分配系数获取所述陀螺力矩；及
    根据所述陀螺力矩及陀螺力矩映射关系获取所述期望参数。
  12. 根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述第一分配系数大于0小于等于1；和/或
    所述第二分配系数大于0小于等于1。
  13. 根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述第一分配系数与所述第二分配系数相同。
  14. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：
    根据所述无人机的当前飞行状态控制所述无人机的水平速度，以使得所述无人机的水平加速度在预定范围内。
  15. 根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述无人机的当前飞行状态控制所述无人机的水平速度，以使得所述无人机的水平加速度在预定范围内，包括：
    获取所述无人机的期望水平速度；
    获取所述无人机的测量水平速度；
    根据所述期望水平速度、所述测量水平速度、及所述无人机的当前飞行状态输出速度调节信号；及
    根据所述速度调节信号控制所述无人机的水平速度，以使得所述无人机的水平加速度在预定范围内。
  16. 一种多旋翼无人机，其特征在于，包括：
    机身；
    设置在所述机身上的多个旋翼；及
    设置在所述机身上的一个或多个控制器，一个或多个所述控制器用于：
    获取所述无人机的每个旋翼的动力状态；及
    在基于所述动力状态确定所述无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制所述无人机进入平衡模式；
    其中，在所述平衡模式下，所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
  17. 根据权利要求16所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    控制所述无人机以小于第二阈值的角速度自转；及
    控制所述无人机自转的角速度逐渐增大，直至达到所述平衡模式下的角速度，以进入所述平衡模式。
  18. 根据权利要求16所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    获取所述无人机的第一控制参数，所述第一控制参数包括所述旋翼失效前所述无人机的第一控制力矩及第一控制总升力；
    获取所述无人机的前馈参数，所述前馈参数包括所述旋翼失效后所述无人机的前馈力矩及前馈总升力；
    根据所述前馈参数及所述第一控制参数对所述无人机的每个旋翼重新分配升力；及
    根据每个旋翼重新分配的升力控制所述无人机的对应旋翼的电机转动，以使所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，及所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
  19. 根据权利要求18所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述前馈参数及所述第一控制参数获取第二控制参数，所述第二控制参数包括所述旋翼失效后所述无人机的第二控制力矩及第二控制总升力；及
    根据预设的分配矩阵及所述第二控制参数对所述无人机的每个旋翼重新分配升力。
  20. 根据权利要求18所述的多旋翼无人机，其特征在于，所一个或多个所述控制器还用于：
    获取每个旋翼的电机关于前馈参数的升力分配映射关系；及
    利用迭代优化算法根据所述升力分配映射关系获取所述前馈参数，所述前馈参数使得动力失效的旋翼的升力小于预设值。
  21. 根据权利要求18所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    获取所述无人机的期望姿态；
    获取所述无人机的测量姿态；
    根据所述期望姿态及所述测量姿态获取所述期望角速度；及
    根据所述无人机的测量角速度及所述期望角速度获取所述第一控制参数。
  22. 根据权利要求16所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制所述无人机的姿态，以进入稳定模式；
    其中，在所述稳定模式下，所述无人机能够保持以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机能够根据指令执行对应的操作。
  23. 根据权利要求22所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述指令包括返航指令，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述返航指令返航；和/或
    所述指令包括悬停指令，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述悬停指令悬停；和/或
    所述指令包括降落指令，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述降落指令降落；和/或，
    所述指令包括飞行控制指令，所述飞行控制指令包括飞行方向和/或飞行速度，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述飞行控制指令飞行。
  24. 根据权利要求22所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩，控制所述无人机的横滚角和/或俯仰角在预定范围内变化，以进入稳定模式。
  25. 根据权利要求22所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩获取期望参数，所述期望参数包括所述无人机的横滚轴的期望角速度及俯仰轴的期望角速度；
    根据所述期望参数及测量参数获取第三控制参数，所述第三控制参数包括所述旋翼失效后所述无人机的第三控制力矩及第三控制总升力；及
    根据所述第三控制参数控制所述无人机的姿态以进入所述稳定模式。
  26. 根据权利要求25所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器 还用于：
    获取所述无人机在横滚轴及俯仰轴上的分配力矩；
    根据所述分配力矩及预设的第一分配系数及预设的第二分配系数获取所述陀螺力矩；及
    根据所述陀螺力矩及陀螺力矩映射关系获取所述期望参数。
  27. 根据权利要求26所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述第一分配系数大于0小于等于1；和/或
    所述第二分配系数大于0小于等于1。
  28. 根据权利要求26所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述第一分配系数与所述第二分配系数相同。
  29. 根据权利要求16所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述无人机的当前飞行状态控制所述无人机的水平速度，以使得所述无人机的水平加速度在预定范围内。
  30. 根据权利要求29所述的多旋翼无人机，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    获取所述无人机的期望水平速度；
    获取所述无人机的测量水平速度；
    根据所述期望水平速度、所述测量水平速度、及所述无人机的当前飞行状态输出速度调节信号；及
    根据所述速度调节信号控制所述无人机的水平速度，以使得所述无人机的水平加速度在预定范围内。
  31. 一种控制装置，用于多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括机身及设置在所述机身上的多个旋翼，其特征在于，所述控制装置包括一个或多个控制器，一个或多个所述控制器用于：
    获取所述无人机的每个旋翼的动力状态；及
    在基于所述动力状态确定所述无人机的任意一个旋翼的动力失效时，控制所述无人机进入平衡模式；
    其中，在所述平衡模式下，所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
  32. 根据权利要求31所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    控制所述无人机以小于第二阈值的角速度自转；及
    控制所述无人机自转的角速度逐渐增大，直至达到所述平衡模式下的角速度，以进入所述平衡模式。
  33. 根据权利要求31所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    获取所述无人机的第一控制参数，所述第一控制参数包括所述旋翼失效前所述无人机的第一控制力矩及第一控制总升力；
    获取所述无人机的前馈参数，所述前馈参数包括所述旋翼失效后所述无人机的前馈力矩及前馈总升力；
    根据所述前馈参数及所述第一控制参数对所述无人机的每个旋翼重新分配升力；及
    根据每个旋翼重新分配的升力控制所述无人机的对应旋翼的电机转动，以使所述无人机以大于第一阈值的角速度进行自转，及所述无人机在水平方向的位移小于预设位移量。
  34. 根据权利要求33所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述前馈参数及所述第一控制参数获取第二控制参数，所述第二控制参数包括所述旋翼失效后所述无人机的第二控制力矩及第二控制总升力；及
    根据预设的分配矩阵及所述第二控制参数对所述无人机的每个旋翼重新分配升力。
  35. 根据权利要求33所述的控制装置，其特征在于，所一个或多个所述控制器还用于：
    获取每个旋翼的电机关于前馈参数的升力分配映射关系；及
    利用迭代优化算法根据所述升力分配映射关系获取所述前馈参数，所述前馈参数使得动力失效的旋翼的升力小于预设值。
  36. 根据权利要求33所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    获取所述无人机的期望姿态；
    获取所述无人机的测量姿态；
    根据所述期望姿态及所述测量姿态获取所述期望角速度；及
    根据所述无人机的测量角速度及所述期望角速度获取所述第一控制参数。
  37. 根据权利要求31所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用 于：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩控制所述无人机的姿态，以进入稳定模式；
    其中，在所述稳定模式下，所述无人机能够保持以大于第一阈值的角速度进行自转，且所述无人机能够根据指令执行对应的操作。
  38. 根据权利要求37所述的控制装置，其特征在于，所述指令包括返航指令，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述返航指令返航；和/或
    所述指令包括悬停指令，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述悬停指令悬停；和/或
    所述指令包括降落指令，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述降落指令降落；和/或，
    所述指令包括飞行控制指令，所述飞行控制指令包括飞行方向和/或飞行速度，一个或多个所述控制器还用于：控制所述无人机根据所述飞行控制指令飞行。
  39. 根据权利要求37所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩，控制所述无人机的横滚角和/或俯仰角在预定范围内变化，以进入稳定模式。
  40. 根据权利要求37所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述无人机以大于第一阈值的角速度自转时产生的陀螺力矩获取期望参数，所述期望参数包括所述无人机的横滚轴的期望角速度及俯仰轴的期望角速度；
    根据所述期望参数及测量参数获取第三控制参数，所述第三控制参数包括所述旋翼失效后所述无人机的第三控制力矩及第三控制总升力；及
    根据所述第三控制参数控制所述无人机的姿态以进入所述稳定模式。
  41. 根据权利要求40所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    获取所述无人机在横滚轴及俯仰轴上的分配力矩；
    根据所述分配力矩及预设的第一分配系数及预设的第二分配系数获取所述陀螺力矩；及
    根据所述陀螺力矩及陀螺力矩映射关系获取所述期望参数。
  42. 根据权利要求41所述的控制装置，其特征在于，所述第一分配系数大于0小于等于1；和/或
    所述第二分配系数大于0小于等于1。
  43. 根据权利要求41所述的控制装置，其特征在于，所述第一分配系数与所述第二分配系数相同。
  44. 根据权利要求31所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    根据所述无人机的当前飞行状态控制所述无人机的水平速度，以使得所述无人机的水平加速度在预定范围内。
  45. 根据权利要求44所述的控制装置，其特征在于，一个或多个所述控制器还用于：
    获取所述无人机的期望水平速度；
    获取所述无人机的测量水平速度；
    根据所述期望水平速度、所述测量水平速度、及所述无人机的当前飞行状态输出速度调节信号；及
    根据所述速度调节信号控制所述无人机的水平速度，以使得所述无人机的水平加速度在预定范围内。
  46. 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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-15任意一项所述的控制方法。
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