用于控制旋翼飞行器的系统及方法与流程

背景技术：

旋翼飞行器可以包括具有一个或更多个主旋翼系统的一个或更多个旋翼系统。主旋翼系统产生气动升力以支撑飞行中的旋翼飞行器的重量并产生推力以在向前飞行中移动旋翼飞行器。旋翼飞行器旋翼系统的另一示例是尾旋翼系统。尾旋翼系统可以在与主旋翼系统的旋转相同的方向上产生推力，以抵消由主旋翼系统产生的扭矩效应。为了使旋翼飞行器平稳且高效地飞行，飞行员平衡发动机动力、主旋翼总体推力、主旋翼循环推力和尾旋翼推力，并且控制系统可以帮助飞行员使旋翼飞行器稳定并且减少飞行员的工作负担。

技术实现要素：

在实施方式中，一种方法包括：从旋翼飞行器的第一传感器获得第一信号，该第一信号指示围绕旋翼飞行器的第一轴线的测量角速度；用滞后补偿器对第一信号进行滤波以估计围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置；并且根据围绕旋翼飞行器的第一轴线的估计角位置和测量角速度调节旋翼飞行器的飞行控制设备，由此改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第一轴线的飞行特性。

在一些实施方式中，该方法还包括：从旋翼飞行器的飞行员飞行控制装置接收控制信号；并且根据该控制信号调节旋翼飞行器的飞行控制设备，由此改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第二轴线的飞行特性，第二轴线与第一轴线不同，其中，旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第一轴线的飞行特性响应于改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第二轴线的飞行特性而被改变。在该方法的一些实施方式中，第一传感器是速率传感器，并且获得第一信号包括：从速率传感器接收第一信号。在该方法的一些实施方式中，第一传感器是加速度计，并且获得第一信号包括：从加速度计接收转换传感器信号，该转换传感器信号指示围绕旋翼飞行器的第一轴线的角加速度；并且将该转换传感器信号相对于时间进行积分以获得第一信号。在该方法的一些实施方式中，围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置仅使用围绕旋翼飞行器的第一轴线的测量角速度来估计。在该方法的一些实施方式中，滞后补偿器在滞后补偿器的所有操作点处具有相同的一组增益，该组增益是独立于旋翼飞行器的空速而预先确定的。在该方法的一些实施方式中，滞后补偿器在滞后补偿器的不同操作点处具有不同的成组的增益。在该方法的一些实施方式中，调节旋翼飞行器的飞行控制设备包括：根据利用第一信号估计的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第一飞行控制程序；并且根据利用来自第二传感器的第二信号测量的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第二飞行控制程序，其中，第一飞行控制程序比第二飞行控制程序具有更大的权限，其中，第一传感器是速率传感器，并且第二传感器是绝对传感器。

在实施方式中，旋翼飞行器包括：第一传感器、飞行控制设备以及联接至第一传感器和飞行控制设备的飞行控制计算机，飞行控制计算机配置成：从第一传感器获得第一信号，第一信号指示围绕旋翼飞行器的第一轴线的测量角速度；用滞后补偿器对第一信号进行滤波以估计围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置；并且根据围绕旋翼飞行器的第一轴线的估计角位置和测量角速度调节飞行控制设备，由此改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第一轴线的飞行特性。

在一些实施方式中，旋翼飞行器还包括：飞行员飞行控制装置，其中飞行控制计算机还配置成：从飞行员飞行控制装置接收控制信号；并且根据该控制信号调节飞行控制设备，由此改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第二轴线的飞行特性，第二轴线与第一轴线不同，其中，旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第一轴线的飞行特性响应于改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第二轴线的飞行特性而被改变。在旋翼飞行器的一些实施方式中，第一传感器是速率传感器，并且飞行控制计算机配置成通过从速率传感器接收第一信号来获得第一信号。在旋翼飞行器的一些实施方式中，第一传感器是加速度计，并且飞行控制计算机配置成通过以下各者获得第一信号：从加速度计接收转换传感器信号，该转换传感器信号指示围绕旋翼飞行器的第一轴线的角加速度；并且将该转换传感器信号相对于时间进行积分以获得第一信号。在旋翼飞行器的一些实施方式中，围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置仅使用围绕旋翼飞行器的第一轴线的测量角速度来估计。在旋翼飞行器的一些实施方式中，滞后补偿器在滞后补偿器的所有操作点处具有相同的一组增益，该组增益集合是独立于旋翼飞行器的空速而预先确定的。在旋翼飞行器的一些实施方式中，滞后补偿器在滞后补偿器的不同操作点处具有不同的成组的增益。在旋翼飞行器的一些实施方式中，飞行控制计算机配置成通过以下各者来调节旋翼飞行器的飞行控制设备：根据利用第一信号估计的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第一飞行控制程序；并且根据利用来自第二传感器的第二信号测量的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第二飞行控制程序，其中，第一飞行控制程序比第二飞行控制程序具有更大的权限，其中，第一传感器是速率传感器，并且第二传感器是绝对传感器。

在实施方式中，飞行控制计算机包括：处理器以及存储用于由处理器执行的编程的非暂时性计算机可读存储介质，该编程包括用于以下各者的指令：从旋翼飞行器的第一传感器获得第一信号，第一信号指示围绕旋翼飞行器的第一轴线的测量角速度；用滞后补偿器对第一信号进行滤波以估计围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置；并且根据围绕旋翼飞行器的第一轴线的估计角位置和测量角速度调节旋翼飞行器的飞行控制设备，由此改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第一轴线的飞行特性。

在飞行控制计算机的一些实施方式中，编程包括用于以下各者的另外的指令：从旋翼飞行器的飞行员飞行控制装置接收控制信号；并且根据该控制信号调节旋翼飞行器的飞行控制设备，由此改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第二轴线的飞行特性，第二轴线与第一轴线不同，其中，旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第一轴线的飞行特性响应于改变旋翼飞行器的围绕旋翼飞行器的第二轴线的飞行特性而被改变。在飞行控制计算机的一些实施方式中，第一传感器是速率传感器，并且用于获得第一信号的指令包括用于从速率传感器接收第一信号的指令。在飞行控制计算机的一些实施方式中，第一传感器是加速度计，并且用于获得第一信号的指令包括用于以下各者的指令：从加速度计接收转换传感器信号，该转换传感器信号指示围绕旋翼飞行器的第一轴线的角加速度；并且将该转换传感器信号相对于时间进行积分以获得第一信号。在飞行控制计算机的一些实施方式中，围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置仅使用围绕旋翼飞行器的第一轴线的测量角速度来估计。在飞行控制计算机的一些实施方式中，滞后补偿器在滞后补偿器的所有操作点处具有相同的一组增益，该组增益集合是独立于旋翼飞行器的空速而预先确定的。在飞行控制计算机的一些实施方式中，滞后补偿器在滞后补偿器的不同操作点处具有不同的成组的增益。在飞行控制计算机的一些实施方式中，用于调节旋翼飞行器的飞行控制设备的指令包括用于以下各者的指令：根据利用第一信号估计的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第一飞行控制程序；并且根据利用来自第二传感器的第二信号测量的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第二飞行控制程序，其中，第一飞行控制程序比第二飞行控制程序具有更大的权限，其中，第一传感器是速率传感器，并且第二传感器是绝对传感器。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参照结合附图的以下描述，在附图中：

图1示出了根据一些实施方式的旋翼飞行器；

图2a是根据一些实施方式的电传飞行控制系统的框图；

图2b示出了根据一些实施方式的驾驶舱的内部；

图3是根据一些实施方式的三环路飞行控制系统的框图；以及

图4是根据一些实施方式的用于控制旋翼飞行器的飞行的方法的流程图；

图5是根据一些实施方式的用于控制旋翼飞行器的飞行的系统的框图；

图6是根据一些实施方式的用于控制旋翼飞行器的飞行的系统的框图。

具体实施方式

下面描述本公开的系统和方法的说明性实施方式。为清楚起见，实际实现方式的所有特征可能未全部在本说明书中描述。当然，将理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，可以做出许多特定于实现方式的决策以实现开发者的特定目标，比如符合系统相关和商业相关的约束，这将因实现方式的不同而不同。此外，应当理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言仍然是常规工作。

在本文中，在描绘附图中的装置时，可以参考各个部件之间的空间关系以及部件的各个方面的空间取向。然而，如本领域技术人员在完整阅读本公开内容之后将认识到的，本文中所描述的装置、构件、设备等可以以任何期望的取向来定位。因此，由于本文中所描述的装置可以以任何期望的方向定向，因而使用比如“在……上方”、“在……下方”、“上”、“下”的术语或其他类似术语来描述各个部件之间的空间关系或者描述这些部件的各方面的空间取向应当分别被理解成描述这些部件之间的相对关系或这些部件的各方面的空间取向。

旋翼飞行器的越来越多的使用、特别是针对商业应用和工业应用的使用导致了更大更复杂的旋翼飞行器的发展。然而，随着旋翼飞行器变得越来越大且越来越复杂，飞行旋翼飞行器与固定翼飞行器之间的差异也变得越来越明显。由于旋翼飞行器使用一个或更多个主旋翼来同时提供升力、控制姿态、控制高度并且提供横向或位置移动，因此不同的飞行参数和控制装置彼此紧密地耦合，这是因为主旋翼的空气动力特性影响每个控制装置和运动轴。例如，旋翼飞行器在巡航速度或高速处的飞行特性可能与在悬停时或相对较低速度处的飞行特性显著不同。另外，对于主旋翼上的不同轴的不同飞行控制输入、比如周期距(cyclic)输入或总距(collective)输入会影响旋翼飞行器的其他飞行控制装置或飞行特性。例如，使旋翼飞行器的机头向前俯仰来增加前进速度将通常导致旋翼飞行器丧失高度。在这种情况下，可以增加总距来保持水平飞行，但是总距的增加需要主旋翼处的动力增加，这又需要来自尾旋翼的额外的反扭矩力。这与固定翼系统形成对比，在固定翼系统中，控制输入更少地彼此密切关联并且不同速度机制下的飞行特性彼此更为密切相关。

近来，在旋翼飞行器中引入了电传(fbw)系统，以辅助飞行员稳定地驾驶旋翼飞行器并且减轻飞行员的工作负担。fbw系统在不同飞行机制下可以针对周期距控制输入、踏板控制输入或总距控制输入来提供不同的控制特性或响应，并且可以通过将物理飞行特性解耦来提供稳定性辅助或增强，使得飞行员免于需要补偿发给旋翼飞行器的一些飞行命令。fbw系统可以在设置于飞行员控制装置与飞行控制系统之间的一个或更多个飞行控制计算机(fcc)中实现，从而向飞行控制装置提供校正，这帮助更有效地操作旋翼飞行器或使旋翼飞行器进入稳定飞行模式同时仍允许飞行员改写fbw控制输入。例如，旋翼飞行器中的fbw系统可以自动地调整发动机输出的动力以匹配总距控制输入、在周期距控制输入期间应用总距或动力校正、提供一个或更多个飞行控制程序的自动化、提供默认或建议的控制定位等。

用于旋翼飞行器的fbw系统必须针对fbw系统控制的飞行参数提供稳定的飞行特性，并同时允许飞行员改写或调节由fbw系统建议的任何建议飞行参数。另外，在为旋翼飞行器飞行提供增强的控制和自动化功能时，fbw系统必须保持对于飞行员而言直观且易于使用的飞行控制系统。因此，fbw系统调节飞行员飞行控制装置，使得控制装置处于与相关飞行参数相关联的位置。例如，fbw系统可以调节总距杆以提供建议的或fbw系统控制的飞行参数，并且这些参数反映总距或动力设置。因此，当飞行员释放总距杆并且fbw系统提供总距控制命令时，总距杆与实际动力或总距设置有关地直观定位，使得当飞行员抓住总距杆以重新控制时，该控制杆被定位在飞行员所预计的该杆针对主旋翼的实际总距设置而被定位的位置处。类似地，fbw系统使用周期距杆来例如调节飞行路径的湍流、漂移或其他干扰，并且可以在fbw系统补偿周期距控制时移动周期距杆。因此，当飞行员抓住周期距杆以从fbw系统取得对飞行的控制时，周期距杆被定位成反映实际的周期距设置。

图1示出了根据一些实施方式的旋翼飞行器101。旋翼飞行器101具有主旋翼系统103，主旋翼系统103包括多个主旋翼桨叶105。每个主旋翼桨叶105的桨距可以由斜盘107控制，以选择性地控制旋翼飞行器101的姿态、高度和运动。可以使用斜盘107来共同地和/或周期地改变主旋翼桨叶105的桨距。旋翼飞行器101还具有反扭矩系统，该反扭矩系统可以包括尾旋翼109、无尾旋翼(notar)或双主旋翼系统。在具有尾旋翼109的旋翼飞行器中，每个尾旋翼桨叶111的桨距被共同地改变，以改变反扭矩系统的推力，从而提供对旋翼飞行器101的方向控制。尾旋翼桨叶111的浆距由一个或更多个尾旋翼致动器来改变。在一些实施方式中，fbw系统向尾旋翼致动器或主旋翼致动器发送电信号以控制旋翼飞行器的飞行。

由发动机115向主旋翼系统103和反扭矩系统提供动力。可以存在一个或更多个发动机115，所述一个或更多个发动机115可以根据来自fbw系统的信号来控制。发动机115的输出被提供至驱动轴117，该驱动轴117分别通过主旋翼传动装置119和尾旋翼传动装置机械地且操作性地联接至主旋翼系统103和反扭矩系统。

旋翼飞行器101还包括机身125和尾部123。尾部123可以具有用于控制并稳定旋翼飞行器101的飞行的其他飞行控制设备，比如水平或竖向稳定器、方向舵、升降舵或其他控制装置或稳定面。机身125包括驾驶舱127，驾驶舱127包括显示器、控制装置和仪器。应当理解，即使旋翼飞行器101被描绘为具有某些示出的特征，但旋翼飞行器101也可以具有各种特定于实现方式的构型。例如，在一些实施方式中，如所示出的，驾驶舱127被构造成容纳飞行员或者飞行员和副飞行员。然而，还设想，旋翼飞行器101可以被远程操作，在这种情况下，驾驶舱127可以被构造为全功能驾驶舱以容纳飞行员(并且可能还有副飞行员)以提供更大的使用灵活性，或者可以被构造成具有有限功能的驾驶舱(例如，仅容纳一个人的驾驶舱，这个人将作为进行操作、也许与远程副飞行员一起操作的飞行员，或者这个人将作为副飞行员或后备飞行员，同时主驾驶功能由远程执行)。在又一些其他设想的实施方式中，旋翼飞行器101可以被构造为无人交通工具，在这种情况下，驾驶舱127可以完全去除以节省空间和成本。

图2a是根据一些实施方式的用于旋翼飞行器101的电传飞行控制系统201的框图。图2b示出了根据一些实施方式的驾驶舱127的内部，并且结合图2a进行描述。飞行员可以操纵一个或更多个飞行员飞行控制装置以控制旋翼飞行器的飞行。飞行员飞行控制装置可以包括人工控制装置，比如周期距控制组件217中的周期距杆231、总距控制组件219中的总距杆233以及踏板控制组件221中的踏板239。由飞行员向飞行员飞行控制装置提供的输入可以通过飞行控制系统201以机械方式和/或电子方式(例如，经由fbw飞行控制系统)传输至飞行控制设备。飞行控制设备可以表示能够操作成改变旋翼飞行器101的飞行特性的设备。作为示例，旋翼飞行器上的飞行控制设备可以包括能够操作成改变主旋翼桨叶105和尾旋翼桨叶111的位置或迎角或者改变发动机115的动力输出的机械和/或电气系统。飞行控制设备包括诸如斜盘107、尾旋翼致动器113的系统以及能够操作成控制发动机115的系统。飞行控制系统201可以独立于机组人员来调节飞行控制设备，以使旋翼飞行器稳定、减少机组人员的工作负担等。飞行控制系统201包括：共同地调节飞行控制设备的发动机控制计算机(eccu)203、飞行控制计算机(fcc)205以及飞行器传感器207。

飞行控制系统201具有一个或更多个fcc205。在一些实施方式中，提供多个fcc205以用于冗余。fcc205内的一个或更多个模块可以部分地或全部地实施为用于执行本文中描述的任何功能的软件和/或硬件。在飞行控制系统201是fbw飞行控制系统的实施方式中，fcc205可以分析飞行员输入并且向eccu203、尾旋翼致动器113和/或用于斜盘107的致动器派遣相应的命令。此外，fcc205被配置成通过与飞行员飞行控制装置中的每个飞行员飞行控制装置相关联的传感器来接收来自飞行员控制装置的输入命令。通过测量飞行员控制装置的位置来接收输入命令。fcc205还控制对飞行员控制装置的触觉提示命令，或者在比如仪表板241上的仪器中显示信息。

eccu203控制发动机115。例如，eccu203可以改变发动机115的输出动力以控制主旋翼桨叶或尾旋翼桨叶的旋转速度。eccu203可以根据来自fcc205的命令来控制发动机115的输出动力，或者可以基于反馈、比如所测量的主旋翼桨叶的每分钟转数(rpm)来控制发动机115的输出动力。

飞行器传感器207与fcc205通信。飞行器传感器207可以包括用于测量多种旋翼飞行器系统、飞行参数、环境状况等的传感器。例如，飞行器传感器207可以包括用于测量空速、高度、姿态、位置、取向、温度、空速、竖向速度等的传感器。其他飞行器传感器207可以包括依赖于源自旋翼飞行器外部的数据或信号的传感器，比如全球定位系统(gps)传感器、vhf全向范围传感器、仪表着陆系统(ils)等。

周期距控制组件217连接至周期距配平组件229，周期距配平组件229具有：一个或更多个周期距位置传感器211、一个或更多个周期距止动传感器235以及一个或更多个周期距致动器或周期距配平马达209。周期距位置传感器211测量周期距杆231的位置。在一些实施方式中，周期距杆231是沿着两个轴移动并且允许飞行员控制俯仰和侧倾的单个控制杆，其中，俯仰是旋翼飞行器的机头的竖向角度，侧倾是旋翼飞行器的左右摆动角度。在一些实施方式中，周期距控制组件217具有单独测量侧倾和俯仰的单独的周期距位置传感器211。用于检测侧倾和俯仰的周期距位置传感器211分别生成侧倾信号和俯仰信号(有时分别被称为周期距经度信号和周期距纬度信号)，侧倾信号和俯仰信号被发送至fcc205，fcc205控制斜盘107、发动机115、尾旋翼109或相关的飞行控制设备。

周期距配平马达209连接至fcc205并从fcc205接收信号以使周期距杆231移动。在一些实施方式中，fcc205根据下述各项中的一者或更多者来确定用于周期距杆231的建议周期距杆位置：总距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、高度和姿态、发动机每分钟转数(rpm)、发动机温度、主旋翼rpm、发动机扭矩或者其他旋翼飞行器系统状况或飞行状况。建议周期距杆位置是由fcc205确定以产生期望的周期距动作的位置。在一些实施方式中，fcc205向周期距配平马达209发送指示建议周期距杆位置的建议周期距杆位置信号。虽然fcc205可以命令周期距配平马达209将周期距杆231移动至特定位置(这又将相应地驱动与斜盘107相关联的致动器)，但是周期距位置传感器211检测由周期距配平马达209设定的或由飞行员输入的周期距杆231的实际位置，从而允许飞行员改写建议周期距杆位置。周期距配平马达209连接至周期距杆231，使得在配平马达正在驱动周期距杆231的同时飞行员可以移动周期距杆231，以改写建议周期距杆位置。因此，在一些实施方式中，fcc205接收来自周期距位置传感器211的指示实际周期距杆位置的信号，并且不依赖于建议周期距杆位置来命令斜盘107。

类似于周期距控制组件217，总距控制组件219连接至总距配平组件225，总距配平组件225具有：一个或更多个总距位置传感器215、一个或更多个总距止动传感器237以及一个或更多个总距致动器或总距配平马达213。总距位置传感器215测量总距控制组件219中的总距杆233的位置。在一些实施方式中，总距杆233是沿着单个轴移动或者具有杠杆式动作的单个控制杆。总距位置传感器215检测总距杆233的位置，并且将总距位置信号发送至fcc205，fcc205根据总距位置信号来控制发动机115、斜盘致动器或相关的飞行控制设备，以控制旋翼飞行器的竖向运动。在一些实施方式中，fcc205可以向eccu203发送动力命令信号并且向主旋翼致动器或斜盘致动器发送总距命令信号，使得主桨叶的迎角共同升高或降低，并且发动机动力被设定成提供所需的动力以保持主旋翼rpm大致恒定。

总距配平马达213连接至fcc205并从fcc205接收信号以使总距杆233移动。类似于对建议周期距杆位置的确定，在一些实施方式中，fcc205根据下述各项中的一者或更多者来确定用于总距杆233的建议总距杆位置：周期距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、高度和姿态、发动机rpm、发动机温度、主旋翼rpm、发动机扭矩或者其他旋翼飞行器系统状况或飞行状况。fcc205生成建议总距杆位置，并且将相应的建议总距杆信号发送至总距配平马达213，以将总距杆233移动至特定位置。总距位置传感器215检测由总距配平马达213设定的或由飞行员输入的总距杆233的实际位置，从而允许飞行员改写建议总距杆位置。

踏板控制组件221具有测量踏板控制组件221中的踏板或其他输入元件的位置的一个或更多个踏板传感器227。在一些实施方式中，踏板控制组件221不具有配平马达或致动器，并且可以具有在飞行员将踏板释放时使踏板居中的机械返回元件。在其他实施方式中，踏板控制组件221具有根据来自fcc205的信号将踏板驱动至建议踏板位置的一个或更多个配平马达。踏板传感器227检测踏板239的位置并将踏板位置信号发送至fcc205，fcc205控制尾旋翼109以使旋翼飞行器偏航或绕竖向轴旋转。

周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置。周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置，但是该运动能力还可以用于向飞行员提供触觉提示。当飞行员正移动相应的杆来指示特定状况时，周期距配平马达209和总距配平马达213可以沿特定方向推动杆。由于fbw系统使杆与一个或更多个飞行控制设备在机械上断开连接，因而飞行员可能不会感觉到与飞行控制组件机械地连接的杆中所固有的急停、振动或其他触觉提示。在一些实施方式中，fcc205可以使周期距配平马达209和总距配平马达213抵抗驾驶员命令而推动，使得驾驶员感觉到阻力，或者可以命令一个或更多个摩擦设备提供当驾驶员移动杆时感觉到的摩擦。因此，fcc205通过提供杆上的压力和或摩擦来控制杆的感觉。

另外，周期距控制组件217、总距控制组件219和/或踏板控制组件221可以各自具有确定飞行员是否正在操纵特定控制设备的一个或更多个止动传感器。例如，周期距控制组件217可以具有确定飞行员正握持周期距杆231的周期距止动传感器235，而总距控制组件219具有确定飞行员是否正握持总距杆233的总距止动传感器237。周期距止动传感器235和总距止动传感器237检测由飞行员输入引起的、而不是由来自fcc205的命令、旋翼飞行器振动等引起的相应控制杆的运动和/或位置，并且向fcc205提供指示相应控制杆的运动和/或位置的反馈信号。当fcc205检测到飞行员控制着或者正在操纵特定控制装置时，fcc205可以确定杆脱离止动(ood)。类似地，当来自止动传感器的信号向fcc205指示飞行员已将特定杆释放时，fcc可以确定杆处于止动(id)。fcc205可以基于特定杆或飞行员控制装置的止动状态来向一个或更多个飞行系统提供不同的默认控制命令或自动命令。

图3是根据一些实施方式的飞行控制系统201的框图。以高度示意的方式示出了飞行控制系统201的一些操作方面。特别地，飞行控制系统201被示意性地示出为被实现为运行某些控制律的一系列相互关联的反馈环路。尽管飞行控制系统201被示出为三环路飞行控制系统，但是应当理解的是，飞行控制系统201可以以不同的方式来实现，比如具有不同数量的控制环路。

在一些实施方式中，飞行控制系统201的元件可以至少部分地由fcc205来实现。例如，飞行控制系统201可以被实现为由fcc205执行的编程。编程包括实现飞行控制系统201的各个方面的指令。fcc205可以包括存储编程的存储器325，比如非暂态计算机可读存储介质。一个或更多个处理器327被连接至存储器325，并且能够操作成执行编程。然而，飞行控制系统201的部件(301、303、305、307)中的所有部件、一些部件或没有部件可以位于旋翼飞行器101外部或远离旋翼飞行器101，并且通过网络连接309与机载设备通信。

飞行控制系统201具有：飞行员输入311、外环路313、中环路315、内环路317、解耦器319以及飞行器装备321(例如，对应于诸如斜盘107、尾旋翼传动装置121等的飞行控制设备；对应于驱动飞行控制设备的致动器(未示出)；对应于诸如飞行器传感器207、周期距位置传感器211、总距位置传感器215、周期距止动传感器235、总距止动传感器237等的传感器等)。

在示出的示例中，三环路设计将内部稳定性及速率反馈环路与外部引导及跟踪环路分开。控制律结构主要将整体稳定性任务和减少飞行员工作负担的相关任务分配给内环路317。接下来，中环路(有时称作速率环路)315提供速率增强。外环路313集中于引导及跟踪任务。由于内环路317和中环路315提供了大部分稳定性，因此在外环路层面上需要较少的控制工作。如代表性地示出的，由于对于飞行稳定性而言外环路313的任务不是必需的，因此可以提供开关323以接通及断开外环路飞行增强。

在一些实施方式中，内环路317和中环路315利用用于滤波器的一组增益，该滤波器应用于侧倾/俯仰/横摆3轴速率陀螺仪和加速度反馈传感器。内环路317和中环路315二者都可以独立于各种外环路保持模式而保持激活。外环路313可以包括级联的环路层，级联的环路层包括姿态环路、速度环路、位置环路、竖向速度环路、高度环路以及航向环路。根据一些实施方式，在环路中运行的控制律使得能够解耦以其他方式耦合的飞行特性，这转而可以提供更稳定的飞行特性和减少的飞行员工作负担。此外，外环路313可以允许某些高级别任务或飞行模式的自动化或半自动化操作，从而进一步减轻飞行员工作负担并且允许飞行员集中于包括观察周围地形的其他事项。

外环路313、中环路315和内环路317根据从飞行器传感器207接收的信号来控制旋翼飞行器101的飞行。飞行器传感器207可以包括多种类型的传感器。特别地，飞行器传感器207可以包括执行绝对测量的传感器或执行速率测量的传感器。速率传感器报告速率在值上的变化。例如，角速率传感器可以用于报告侧倾运动的速度。绝对传感器(比如姿态传感器)报告在一程度或范围内的值。例如，绝对姿态传感器报告旋翼飞行器101围绕旋翼飞行器101的一个或多个轴线的角位置，该角位置可以被评估以检测旋翼飞行器101的侧倾运动。不同类型的传感器具有不同的成本和可靠性。可靠的绝对传感器往往成本高昂。在给定的价格点，速率传感器往往比绝对姿态传感器更可靠。根据一些实施方式，较低成本的速率传感器可以用于内环路317中的测量。

滤波器通过例如内环路317和/或中环路315应用至从飞行器传感器207接收或获得的信号。滤波器各自具有一组增益。根据各种飞行器传感器207的功能，增益调度可以被用于一些滤波器。例如，不同组的增益可以被用于旋翼飞行器101的不同空速处的一些飞行器传感器滤波器。此外，控制环路313/315/317中的一些控制环路可以根据其功能而要求特定级别的可靠性(例如，出于安全原因要求特定级别的可靠性)。这种可靠性要求可能排除可能达不到由特定控制环路所要求的可靠性水平的一些传感器比如绝对姿态传感器的使用。

飞行控制系统201依赖于在控制飞行时精确确定的旋翼飞行器101的在可能空速的包线上的角位置。特别地，飞行控制系统201的三个环路全部都根据围绕旋翼飞行器101的各个轴线(例如，侧倾轴线、俯仰轴线和横摆轴线)的角位置来控制飞行。不精确的角位置值的使用可能降低由飞行控制系统201实现的控制律的性能并且可能导致旋翼飞行器101的部分故障或全部故障。

根据一些实施方式，旋翼飞行器101的角位置由仅具有速率传感器的内环路317确定和使用。获得了来自旋翼飞行器101的一个或更多个速率传感器的信号并对该信号进行滤波以估计旋翼飞行器101的围绕旋翼飞行器101的一个或更多个轴线的角位置。利用滞后补偿器对信号进行滤波。在一些实施方式中，滞后补偿器具有相同的一组增益，并且不执行不同空速处的增益调度。在一些实施方式中，滞后补偿器具有可变的一组增益，并且在不同空速处执行增益调度。尽管所得的信号包含旋翼飞行器101的估计角位置，该估计角位置在一些空速处可能不如绝对姿态传感器精确，但是该估计角位置在所有可能空速的包线上平均而言可以比绝对姿态传感器更精确。换句话说，估计角位置即使在一些情况下不太精确，但平均而言可以是较可靠的值。这样，根据此类实施方式，内环路317不依赖于绝对姿态传感器，这可以提高在可能空速的包线上的飞行控制的可靠性。

图4是根据一些实施方式的用于控制旋翼飞行器101的飞行的方法401的流程图。在方法401中，内环路317使用速率传感器而非使用绝对姿态传感器来估计旋翼飞行器101的角位置。估计角位置可以利用零值初始化，并且可以在操作期间使用速率传感器数据来更新。

在过程403中，从旋翼飞行器101的第一传感器获得第一信号。第一传感器是飞行器传感器207中的一个传感器。第一信号指示围绕旋翼飞行器101的第一轴线的角速度。第一轴线可以是旋翼飞行器101的侧倾轴线、俯仰轴线或横摆轴线。

在一些实施方式中，第一信号是来自第一传感器的转换信号。例如，第一传感器可以是报告速率而非报告绝对值的速率传感器比如陀螺仪，并且来自陀螺仪的转换信号直接包含角速度。

在一些实施方式中，通过操纵来自第一传感器的转换信号来获得第一信号。例如，第一传感器可以是加速度计，并且可以通过从加速度计接收转换传感器信号并且将转换传感器信号相对于时间进行积分以获得第一信号的方式来获得第一信号。在此类实施方式中，转换信号指示围绕旋翼飞行器的第一轴线的角加速度，并且可以说间接地包含角速度。

在过程405中，利用第一滤波器对第一信号进行滤波以估计围绕旋翼飞行器101的第一轴线的角位置。第一滤波器可以是一阶滞后补偿器(例如，在复平面中具有单个极点的滤波器，其中该极点小于零)。滞后补偿器具有90度的相位滞后。值得注意的是，内环路317仅使用围绕第一轴线的角速度来估计围绕旋翼飞行器101的第一轴线的角位置。内环路317在估计角位置中不使用来自绝对传感器的值。

在一些实施方式中，在对第一信号进行滤波时不使用增益调度。虽然不同空速处的增益调度可以允许更好的飞行器操纵质量，但是空速传感器具有变化的可靠性。当足够可靠的空速传感器不可用时，第一滤波器在第一滤波器的所有操作点处具有相同的一组增益。第一滤波器的所述一组增益独立于旋翼飞行器101的空速而预先确定。使用具有固定增益的滞后补偿器可以允许在提供足够的飞行器操纵质量的同时满足可靠性要求。在一些实施方式中，比如在其中可靠的空速传感器可用的实施方式中，可以在对第一信号进行滤波时使用增益调度。

可选地，利用第二滤波器进一步对第一信号进行滤波。第二滤波器可以是与第一滤波器(例如，滞后补偿器)互补的外洗滤波器(washoutfilter)。滞后补偿器消除了速率反馈的高频动态，使得第一信号中的角速度接近角位置。外洗滤波器消除了速率反馈的低频动态，使得整个反馈环路在旋翼飞行器101处于稳定的配平状态时不提供控制。速率、滞后速率和外洗速率的结合允许内环路317提供具有有限带宽的稳定反馈。

在过程407中，旋翼飞行器101的飞行控制设备根据围绕旋翼飞行器101的第一轴线的估计角位置来调节。旋翼飞行器101的围绕旋翼飞行器101的第一轴线的飞行特性由此改变。飞行控制设备可以响应于飞行员输入并且基于估计角位置而通过例如解耦器319来自动调节。例如，可以从旋翼飞行器101的飞行员飞行控制装置接收控制信号，并且旋翼飞行器101的飞行控制设备可以根据控制信号被调节。解耦器319可以自动调节飞行控制设备以控制围绕第一轴线的飞行，并且飞行员飞行控制装置可以试图调节飞行控制设备以控制围绕第二轴线的飞行，第二轴线可以与第一轴线不同。

在一些实施方式中，旋翼飞行器101的飞行控制设备根据围绕旋翼飞行器101的第一轴线的角速度(利用第一传感器测量的)和围绕旋翼飞行器101的第一轴线的估计角位置(来自第一滤波器)一起调节。例如，当执行控制、解耦或稳定功能时，内环路317可以使用估计角位置和测量角速度两者。

图5是根据一些实施方式的用于控制旋翼飞行器101的飞行的系统501的框图。方法401可以由系统501执行。在系统501中，速率传感器207a和绝对姿态传感器207b用于控制旋翼飞行器101的飞行。滞后滤波器503从速率传感器207a接收角速度的测量值并使用该测量值来估计旋翼飞行器的角位置。内环路317根据旋翼飞行器101的测量角速度(例如，速率传感器207a的反馈)和估计角位置(例如，滞后的速率传感器207a的反馈)两者来调节旋翼飞行器101的飞行控制装置。

根据一些实施方式，除了使用速率传感器估计角位置之外，飞行控制系统201还可以使用绝对姿态传感器。例如，内环路317可以使用速率传感器估计旋翼飞行器101的角位置，但是其他控制环路比如中环路315和/或外环路313可以使用绝对姿态传感器测量旋翼飞行器101的角位置。在此类实施方式中，估计角位置可以用于其中可靠性为关键的低级功能比如解耦(例如，在内环路317中)，并且来自绝对姿态传感器的值可以用于其中精度为关键的更高级的功能比如飞行导向或导航(例如，在中环路315和/或外环路313中)。在此类实施方式中，旋翼飞行器101的飞行控制设备通过执行下述过程来调节：根据利用来自速率传感器207a的第一信号估计的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第一飞行控制过程(例如，作为内环路317的一部分)，并且根据由来自绝对姿态传感器207b的第二信号指示的围绕旋翼飞行器的第一轴线的角位置执行第二飞行控制过程(例如，作为中环路315和/或外环路313的一部分)。第一飞行控制过程比第二飞行控制过程具有更大的权限。估计角位置(例如，滞后的速率传感器207a的反馈)和/或测量角速度(例如，来自速率传感器207a)可以通过外洗滤波器505、507来滤波。

在一些实施方式中，内环路317将用于侧倾轴线、俯仰轴线和横摆轴线的速率传感器信号组合以估计旋翼飞行器101的经度、纬度和高度。速率传感器信号中的一些速率传感器通过滞后补偿器进行滤波以估计围绕各轴线的角位置。此外，速率传感器信号或估计角位置信号中的一些信号由外洗滤波器进行滤波以去除稳态信号分量。

图6是根据一些实施方式的用于控制旋翼飞行器101的飞行的系统601的框图。方法401可以由系统601执行。在系统601中，俯仰速率信号603a、侧倾速率信号603b和横摆速率信号603c从各个传感器获得。俯仰速率信号由滞后滤波器605a进行滤波以估计围绕俯仰轴线的角位置。俯仰速率信号由外洗滤波器607a进行滤波并且滞后的俯仰速率信号由外洗滤波器609a进行滤波。侧倾速率信号由滞后滤波器605b进行滤波以估计围绕侧倾轴线的角位置。当配平时由于侧倾速率往往较低，侧倾速率信号和滞后的侧倾速率信号不用外洗滤波器进行滤波。横摆速率信号不滞后，但其用外洗滤波器607c进行滤波。最后，俯仰速率信号、滞后俯仰速率信号、侧倾速率信号、滞后侧倾速率信号和横摆速率信号通过乘以常数矩阵611比如3×5矩阵而被组合。所得的矩阵积包括估计经度613a、估计纬度613b和估计高度613c。旋翼飞行器101的飞行控制设备根据估计经度613a、估计纬度613b和估计高度613c来调节。

估计经度613a、估计纬度613b和估计高度613c是经外洗的俯仰速率信号、经外洗的滞后俯仰速率信号、侧倾速率信号、滞后侧倾速率信号和经外洗的横摆速率信号的加权和。在确定各个估计角位置时使用的权重可以不同(或可以相同)。也就是说，常数矩阵611中的一些值或所有值可以是不同的。此外，可以对常数矩阵611进行增益调度使得常数矩阵611的值在旋翼飞行器101的操作期间改变。增益调度可以根据一个或更多个参数比如旋翼飞行器101的空速来执行。例如，第一常数矩阵611可以在第一空速处使用，并且不同的第二常数矩阵611可以在不同的第二空速处使用。

实施方式可以实现优点。估计角位置平均而言可以比来自旋翼飞行器101的所有可能空速的包线上的绝对姿态传感器的角位置值更精确。由内环路317所使用的角位置值可以更可靠，这可以使得飞行员感知到改进的操纵。此外，增益调度可以被避免，并且由内环路317所使用的角位置值可以在所有情况或大多数情况下使用。

尽管已经参照说明性实施方式描述了本发明，但是该描述并不意在以限制性含义被解释。参照该描述后，说明性实施方式的各种改型和组合以及本发明的其他实施方式对本领域技术人员而言将是明显的。因此，所附权利要求意在涵盖任何这样的改型或实施方式。