本发明属于多旋翼无人机
技术领域：
，更具体地，涉及一种无人机载荷自识别与参数自匹配方法及地面自适应系统。
背景技术：
：无人机的姿态控制多采用pid控制原理，通过无人机三轴方向各自的p(比例)、i(积分)、d(微分)三个控制参数(简称pid参数)来调节无人机的姿态稳定性；三轴即无人机的俯仰轴、横滚轴、自转轴，每个轴向上的pid参数均与无人机整体的重量、重心位置、结构特征、动力性能有关，若某个轴向上的pid参数不匹配，则可能会影响到无人机的飞行稳定性，导致无人机飞行时出现姿态抖动，来回晃动，抗风性能变差等现象。现有技术中，对于批量生产的标准化功能的无人机，其功能、结构、所搭载的任务载荷是确定的，通常是在出厂前将调校好的三轴方向的参数存入无人机飞行控制器；其优点在于用户可以免调试直接使用，但是这套参数只适应单一的场景，功能上不具备可扩展性；对于定制化的无人机，用户可以自行组装，根据需求搭配任务载荷以实现不同的功能；但由于不同的载荷其重量、重心不同，不同的载荷挂载到无人机上后，对整机的重心、重量所产生的影响不同；若更换载荷后不做参数调整直接起飞执行任务，将会影响整机的飞行稳定性；现有技术在更换载荷后的调整是通过对无人机的飞行控制器重新写入pid参数来实现的，而未实现在更换载荷后自动地进行控制参数匹配。技术实现要素：针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无人机载荷自识别与参数自匹配方法及地面自适应系统；其目的在于实现无人机对所搭载载荷的自动识别以及控制参数自动匹配，以解决标准化的无人机不具备功能扩展性、定制化的无人机在更换载荷后不具备控制参数自动调整功能的问题，以使得一套无人机可适配多种载荷，并且不需要进行任何现场设置就能发挥出最佳飞行稳定性。为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无人机载荷自识别方法，当载荷搭载到无人机上，由无人机的飞行控制器向载荷发送查询指令，载荷根据接收到的查询指令向飞行控制器发送包含载荷编号的应答信息，飞行控制器从接收到的应答信息中解析出载荷编号，实现无人机载荷的自动识别。优选地，上述无人机载荷自识别方法，其查询指令的帧格式为：帧头、有效字节数、帧序号、系统号、组件号、指令码、有效数据、校验码。优选地，上述无人机载荷自识别方法，其应答消息的帧格式为：帧头、有效字节数、帧序号、系统号、组件号、指令码、有效数据、校验码；其中，有效数据包括载荷编号。为实现本发明目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种无人机地面自适应系统，包括主控模块、无人机控制模块、载荷控制模块和界面控制模块；无人机控制模块、载荷控制模块和界面控制模块均与主控模块相连；其中，无人机控制模块用于在主控模块的控制下发送无人机飞行控制指令、获取无人机飞行状态数据；载荷控制模块用于在主控模块的控制下发送载荷控制指令、获取载荷的传感器数据；界面控制模块用于在主控模块的控制下根据当前无人机当前搭载的载荷打开当前载荷所对应的控制界面，并隐藏其他界面；主控模块则用于根据外部输入指令将系统任务分配到无人机控制模块、载荷控制模块或界面控制模块，并管理全局参数和资源，存储过程数据。为实现本发明目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种无人机参数自匹配方法，在飞行控制器内预存(n+1)组控制参数p0、p1、p2、…、px、…、pn；若飞行控制器未识别出载荷编号，则以第0组控制参数p0作为当前控制参数来控制无人机进行动力匹配以及飞行姿态调整；若飞行控制器识别出载荷编号x，则调取第x组控制参数px来控制无人机进行动力匹配以及飞行姿态调整，由此实现在预设的载荷类型范围内不论更换什么类型的载荷均可以达到最佳控制效果的目的，不会因为更换载荷而影响无人机的飞行稳定性；其中，1≤x≤n；其中，p0是无人机空载状态的飞行姿态控制参数，p1、p2、…、px、…、pn是与预设的n种载荷一一对应的控制参数。优选地，上述无人机参数自匹配方法，每组控制参数包括载荷类型、开关编码、关键字节、以及飞行姿态控制参数；其中，飞行姿态控制参数包括俯仰轴、横滚轴和转向轴方向的pid控制参数。优选地，上述无人机参数自匹配方法，具体包括如下步骤：(1)系统初始化，包括无人机各模块自检，与载荷进行握手通信，确定载荷的状态与载荷编号，与地面控制系统握手通信确认载荷型号和载荷功能；(2)由无人机的飞行控制器向载荷发送载荷类型查询命令；(3)判断是否接收到载荷反馈的载荷类型标识数据帧，若是，则从接收到的载荷类型标识数据帧中解析出载荷编号x，并进入步骤(4)；若否，则以飞行控制器内预存的第0组控制参数p0作为当前控制参数来控制无人机进行动力匹配以及飞行姿态调整；(4)判断载荷编号x是否满足1≤x≤n，若是，则进入步骤(5)；若否，则表明系统异常，则锁死无人机的飞行控制器和动力系统并发送报警提示；(5)则以飞行控制器内预存的第x组控制参数px作为当前控制参数来控制无人机进行动力匹配以及飞行姿态调整。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。(1)本发明提供的无人机载荷自识别方法，根据飞行控制器与载荷端之间预设的协议，通过载荷编号来进行载荷识别，可在载荷搭载到无人机上后实现载荷的自动识别；(2)本发明提供的无人机参数自匹配方法，基于载荷自动识别机制，在识别出载荷类型、并根据载荷类型数据帧获取到载荷的重量、体积、重心等影响飞行的关键参数之后，以载荷类型为依据自动从飞行控制器内预存的多组控制参数中调取与载荷匹配的控制参数来控制无人机进行动力调整，以提供与载荷匹配的动力输出，并自动依据载荷类型通过控制参数进行飞行姿态调整，以自适应各类载荷对无人机本身的重心所产生的影响；可扩展性更强，可以适配多种不同的任务载荷，并且不需要进行任何现场设置就能发挥出最稳定的飞行性能，可在使用现场对在整机额定载重范围内各种重量、形状、类型的任务载荷进行自动匹配，且均能实现很好的抗风和自稳定性能；(3)本发明提供的无人机地面自适应系统，基于载荷自动识别功能，可自动激活载荷所对应的控制界面，自动屏蔽与当前载荷功能无关的界面，实现了地面控制系统智能化，并为多机协同的集群控制方式提供了更好的基础功能解决方案。附图说明图1是实施例提供的无人机载荷自识别方法中无人机与载荷之间的信号交互示意图；图2是实施例提供的无人机参数自匹配方法的流程示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例提供的无人机载荷自识别方法，其无人机与载荷之间具有一个互相匹配的接口，具体如图1所示，对于无人机端而言，该接口包括电源端、接地端、信号发端、信号收端；对于载荷端而言，该接口包括电源端、接地端、信号收端、信号发端；无人机端与载荷端的电源端、接地端一一对应地连接，无人机端的信号发端与载荷端的信号收端相连，无人机端的信号收端与载荷端的信号发端相连。当载荷搭载到无人机上，飞行控制器上电后，首先通过无人机端接口的信号发端向载荷发送查询指令，载荷在接收到查询指令后通过载荷端接口的信号发端向无人机发送应答消息，无人机的飞行控制器在接收到应答消息后对应答消息进行解析，识别出载荷类型；实施例中，查询指令的帧格式如表1所列，应答消息的帧格式如表2所列。表1查询指令的帧格式帧头有效字节数帧序号系统号组件号指令码有效数据效验码0xaa0x01i0x000x000x350x01crc表2应答消息的帧格式本实施例中，查询指令中的指令码0x35表示查询载荷编号的指令，载荷收到查询指令解析出0x35指令后向消息发出者反馈0x36指令，0x36指令表示载荷类型应答消息；应答消息接收者根据有效数据字段中第二个字节的数据来确定载荷编号。在根据载荷编号识别出载荷类型之后，根据图2所示的流程进行无人机参数自匹配，具体包括如下步骤：(1)系统初始化，包括无人机各模块自检，与载荷进行握手通信，确定载荷的状态与载荷编号，与地面控制系统握手通信确认载荷型号和载荷功能；(2)由无人机的飞行控制器向载荷发送载荷类型查询命令；(3)判断是否接收到载荷反馈的载荷类型标识数据帧，若是，则从接收到的载荷类型标识数据帧中解析出载荷编号x，并进入步骤(4)；若否，则以飞行控制器内预存的第0组控制参数p0作为当前系统参数值来控制无人机进行动力匹配以及飞行姿态调整，并进入步骤(6)；本实施例中，第0组控制参数p0是无人机空载状态的飞行姿态控制参数；(4)判断是否满足1≤x≤n，若是，则进入步骤(5)；若否，则表明系统异常，则锁死无人机的飞行控制器和动力系统并发送报警提示；(5)则以飞行控制器内预存的第x组控制参数px作为当前系统参数值来控制无人机进行动力匹配以及飞行姿态调整，并进入步骤(6)；本实施例中，控制参数px包括载荷类型、开关编码、关键字节、载荷供电电压，载荷供电电流，功率，通信频率、以及飞行姿态控制参数中的一种或几种；其中，飞行姿态控制参数包括俯仰轴、横滚轴、转向轴三轴方向的三组pid控制参数；(6)等待其他控制指令；其中，控制指令包括获取地面控制系统发送的无人机状态指令，读取无人机内部参数指令、飞行任务规划指令等，这些指令与控制参数自匹配无关。本实施例所提供的无人机参数自匹配方法，所采用的载荷类型标识数据帧内仅包含载荷编号；与载荷类型所对应的重量、体积、重心等载荷参数与无人机匹配的各种控制参数已经预先调试好并存储在飞行控制器中。本发明提供的无人机载荷自动识别与控制参数自匹配方法，用于解决现有技术中标准化的无人机功能不具备扩展性、定制化的无分机在更换载荷后不具备控制参数自动调整功能的问题；本实施例中所采用的无人机可以搭载n种不同的载荷，因此具有n种无人机与载荷的组合，对每种组合而言，有一套最佳匹配的三轴pid控制参数；通过对这n种组合预先进行调试以获取每种组合的最佳三轴pid控制参数；将n组最佳三轴pid控制参数预存到飞行控制器中，并在飞行控制器的控制协议集中增加一条新的指令，该指令用于实现飞行控制器与地面控制系统查询载荷的种类；由此，可实现在一架无人驾驶搭载n种任务载荷，在载荷更换后进行载荷自动识别和控制参数匹配，并且在载荷更换之后不需要现场进行控制参数调试。现有的无人机地面控制系统主要包含两个功能模块，一是针对于无人机本身的功能模块，用于发送飞行控制指令、获取无人机飞行状态数据；二是针对载荷的功能模块，用于发送载荷控制指令、获取载荷的传感器数据等；由于不同的载荷所对应的功能不同，控制方式也不同；现有技术中的这种无人机地面控制系统并不能自动根据所搭载的载荷自动呈现与该载荷相匹配的控制界面和显示界面，需要人工干预，当操作者确认无人机搭载的载荷类型后，再人工选择控制界面。基于本发明所实现的无人机载荷自动识别功能，实施例提供了一种无人机地面自适应系统，包括主控模块、无人机控制模块、载荷控制模块和界面控制模块；所述无人机控制模块、载荷控制模块和界面控制模块均与主控模块相连；其中，无人机控制模块用于在主控模块的控制下发送无人机飞行控制指令、获取无人机飞行状态数据；载荷控制模块用于在主控模块的控制下发送载荷控制指令、获取载荷的传感器数据；界面控制模块用于在主控模块的控制下根据当前无人机当前搭载的载荷打开当前载荷所对应的控制界面，并隐藏无关界面；主控模块则用于根据外部输入指令将系统任务分配到无人机控制模块、载荷控制模块或界面控制模块，并管理全局参数和资源，存储系统过程数据，包括载荷的传感器数据，飞行器姿态数据等。本实施例提供的这种无人机地面自适应系统可根据无人机当前搭载的载荷自动打开当前载荷所对应的控制界面，而将其他界面隐藏，大大提高了系统的智能化程度；这一功能在实现无人机集群控制时尤为重要。无人机集群控制即在同一时刻，一个无人机地面控制系统连接到多台无人机并进行统一管理和控制，多台无人机可能会搭载多种的载荷，相互配合以完成一项复杂任务。传统的集群控制方式是先设定好不同无人机所搭载的载荷，并根据各载荷的功能编制对应的作业程序；由于地面控制系统与空中系统(无人机与载荷)之间没有确认实际载荷类型的反馈机制，若在此环节载荷匹配出错，则可能出现载荷功能误动作或载荷失控等情况；本发明所提供的无人机自动载荷自动识别方法，则可以解决载荷匹配出现错的问题，而本发明提供的无人机地面自适应系统，则可以实时监测每一个无人机和载荷的工作状态，使系统整体智能化程度大大提高。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12