考虑地效的多旋翼自主起降控制方法及装置与流程

技术特征：

1.一种考虑地效的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述多旋翼的期望参数、实时工作参数及上一时刻所述多旋翼在竖直方向的电机控制量；其中，所述期望参数包括期望的起降速度；所述实时工作参数包括：实时高度、竖直速度、滚转角和俯仰角；

根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数以及多旋翼结构参数，计算标称状态下的自主起降电机控制量；

根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数和所述上一时刻多旋翼在竖直方向的电机控制量以及所述多旋翼结构参数，计算地效干扰下的自主起降电机补偿控制量；

根据所述标称状态下的自主起降电机控制量和所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量，合成出下一时刻的电机控制量。

2.根据权利要求1所述的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数以及多旋翼结构参数，计算标称状态下的自主起降电机控制量，具体包括：

根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数以及所述多旋翼结构参数，结合多旋翼标称高度动力学模型，根据下式计算所述标称状态下的自主起降电机控制量：

其中，所述表示所述标称状态下的自主起降电机控制量；所述m表示所述多旋翼的质量；所述表示所述期望的起降加速度；所述k₁表示控制增益，所述k₁＞0；所述k₂表示控制增益，所述k₂＞0；所述e₁＝z_d-z；所述所述z_d表示期望高度；所述z表示所述实时高度；所述表示所述期望的起降速度；所述v_d表示所述多旋翼竖直速度；所述g表示重力加速度常数；所述表示推控比的估计值；所述表示所述滚转角；所述θ表示所述俯仰角。

3.根据权利要求2所述的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述推控比的估计值通过以下方式来确定：

获取所述多旋翼进行定点悬停飞行时上一时刻竖直方向的电机控制量和多旋翼所受重力；

基于所述上一时刻竖直方向的电机控制量和所述多旋翼所受重力，根据下式采用离线辨识方法计算推控比的估计值：

$\stackrel{\‾}{p}=mg/U$

其中，所述表示所述推控比估计值；所述mg表示所述多旋翼所受重力；所述U表示所述上一时刻竖直方向的电机控制量。

4.根据权利要求2所述的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述期望的起降加速度通过以下方式来计算：

基于所述期望的起降速度，根据预设的控制周期，采用一阶惯性环节构成数字微分器，计算所述期望的起降加速度。

5.根据权利要求2所述的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述期望高度通过以下方式来计算：

基于所述期望的起降速度，根据预设的控制周期，采用数值积分的方法计算下一时刻期望的高度。

6.根据权利要求1所述的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数和所述上一时刻多旋翼在竖直方向的电机控制量以及所述多旋翼结构参数，计算地效干扰下的自主起降电机补偿控制量，具体包括：

根据下式构建扩张状态观测器：

其中，所述表示高度估计值；所述表示竖直方向速度估计值；所述表示总和干扰量的估计值；所述l₁、所述l₂、所述l₃表示扩张状态观测器增益，所述l₁＞0，所述l₂＞0，所述l₃＞0；所述U表示上一时刻竖直方向的电机控制量；所述表示推控比的估计值；所述表示所述滚转角；所述θ表示所述俯仰角；所述z表示所述实时高度；所述m表示所述多旋翼的质量；所述g表示重力加速度常数；

利用所述总和干扰量的估计值，根据下式计算所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量：

其中，所述U_com表示所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量。

7.根据权利要求1所述的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述根据所述标称状态下的自主起降电机控制量和所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量，合成出下一时刻的电机控制量，具体包括：

根据下式确定所述下一时刻的电机控制量：

$U^{*}=\stackrel{\‾}{U}+{\mathrm{cU}}_{com};$

其中，所述U^*表示所述下一时刻的电机控制量；所述表示所述标称状态下自主起降电机控制量；所述c表示补偿控制量权系数；所述U_com表示所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量。

8.根据权利要求7所述的多旋翼自主起降控制方法，其特征在于，所述补偿控制量权系数根据以下方式来确定：

当所述实时高度小于预定阈值时，将所述补偿控制量权系数设定为1；

当所述实时高度大于预定阈值时，将所述补偿控制量权系数设定为0。

9.一种考虑地效的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取所述多旋翼的期望参数、实时工作参数及上一时刻所述多旋翼在竖直方向的电机控制量；其中，所述期望参数包括期望的起降速度；所述实时工作参数包括：实时高度、竖直速度、滚转角和俯仰角；

标称控制量计算模块，用于根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数以及多旋翼结构参数，计算标称状态下的自主起降电机控制量；

补偿控制量计算模块，用于根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数和所述上一时刻多旋翼在竖直方向的电机控制量以及所述多旋翼结构参数，计算地效干扰下的自主起降电机补偿控制量；

控制量合成模块，用于根据所述标称状态下的自主起降电机控制量和所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量，合成出下一时刻的电机控制量。

10.根据权利要求9所述的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述标称控制量计算模块具体用于根据所述多旋翼的所述期望参数、所述实时工作参数以及所述多旋翼结构参数，结合多旋翼标称高度动力学模型，根据下式计算所述标称状态下的自主起降电机控制量：

其中，所述表示所述标称状态下的自主起降电机控制量；所述m表示所述多旋翼的质量；所述表示所述期望的起降加速度；所述k₁表示控制增益，所述k₁＞0；所述k₂表示控制增益，所述k₂＞0；所述e₁＝z_d-z；所述所述z_d表示期望高度；所述z表示所述实时高度；所述表示所述期望的起降速度；所述v_d表示所述多旋翼竖直速度；所述g表示重力加速度常数；所述表示推控比的估计值；所述表示所述滚转角；所述θ表示所述俯仰角。

11.根据权利要求10所述的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述标称控制量计算模块还用于通过以下方式来确定所述推控比的估计值：

获取所述多旋翼进行定点悬停飞行时上一时刻竖直方向的电机控制量和多旋翼所受重力；

基于所述上一时刻竖直方向的电机控制量和所述多旋翼所受重力，根据下式采用离线辨识方法计算推控比的估计值：

$\stackrel{\‾}{p}=mg/U;$

其中，所述表示所述推控比估计值；所述mg表示所述多旋翼所受重力；所述U表示所述上一时刻竖直方向的电机控制量。

12.根据权利要求10所述的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述标称控制量计算模块还用于通过以下方式来确定所述期望的起降加速度：

基于所述期望的起降速度，根据预设的控制周期，采用一阶惯性环节构成数字微分器，计算所述期望的起降加速度。

13.根据权利要求10所述的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述标称控制量计算模块还用于通过以下方式来确定所述期望高度：

基于所述期望的起降速度，根据预设的控制周期，采用数值积分的方法计算下一时刻期望的高度。

14.根据权利要求9所述的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述补偿控制量计算模块具体用于：

根据下式构建扩张状态观测器：

其中，所述表示高度估计值；所述表示竖直方向速度估计值；所述表示总和干扰量的估计值；所述l₁、所述l₂、所述l₃表示扩张状态观测器增益，所述l₁＞0，所述l₂＞0，所述l₃＞0；所述U表示上一时刻竖直方向的电机控制量；所述表示推控比的估计值；所述表示所述滚转角；所述θ表示所述俯仰角；所述z表示所述实时高度；所述m表示所述多旋翼的质量；所述g表示重力加速度常数；

利用所述总和干扰量的估计值，根据下式计算所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量：

其中，所述U_com表示所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量。

15.根据权利要求9所述的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述控制量合成模块具体用于根据下式确定所述下一时刻的电机控制量：

$U^{*}=\stackrel{\‾}{U}+{\mathrm{cU}}_{com};$

其中，所述U^*表示所述下一时刻的电机控制量；所述表示所述标称状态下自主起降电机控制量；所述c表示补偿控制量权系数；所述U_com表示所述地效干扰下的自主起降电机补偿控制量。

16.根据权利要求15所述的多旋翼自主起降控制装置，其特征在于，所述控制量合成模块通过以下方式来确定所述补偿控制量权系数：

当所述实时高度小于预定阈值时，将所述补偿控制量权系数设定为1；

当所述实时高度大于预定阈值时，将所述补偿控制量权系数设定为0。