本发明实施例涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种控制无人飞行器的电机加速的方法、装置、电子调速器和无人飞行器。
背景技术：
无人飞行器在使用过程中如果机臂受损将导致在飞行时机臂产生震荡，例如一种可折叠的无人飞行器，在使用一段时间后可能出现机臂裂缝，从而极易导致在飞行过程中机臂产生剧烈震荡。在一种加速控制策略中，在无人飞行器电机电流过大时，将启动过流保护机制，减小有功电压的给定值。机臂震荡时会导致非常大的电机电流，如果此时启动过流保护机制，会使有功电压不断减小，最终可能导致无人飞行器往一个方向栽倒，对于飞行安全非常不利。
技术实现要素：
本发明实施例的目的是提供一种能提高无人飞行器飞行安全性的控制无人飞行器的电机加速的方法、装置、电子调速器和无人飞行器。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种控制无人飞行器的电机加速的方法，所述电机加速的方法包括：
获取所述无人飞行器的运行参数；
根据所述运行参数确认是否所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态；
如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则增加上一时刻的q轴电压uqref或者使上一时刻的q轴电压uqref保持不变，以获得当前时刻的q轴电压u'qref；
根据所述当前时刻的q轴电压u'qref，对电机进行控制。
在一些实施例中，所述运行参数包括：
所述无人飞行器的高度测量值和/或所述无人飞行器的位置测量值，以及所述无人飞行器的三轴加速度测量值；
所述根据所述运行参数确认是否所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，包括：
当所述三轴加速度测量值中三个轴的加速度测量值均小于或者等于各自对应的预设加速度阈值时，则判断所述无人飞行器的机臂正常；
当所述三轴加速度测量值中任一轴的加速度测量值大于对应的预设加速度阈值时，如果所述高度测量值为0，或者所述高度测量值不为0且所述高度测量值和位置测量值均不变化，则判断所述无人飞行器机臂异常且处于非飞行状态，如果所述高度测量值变化或者所述位置测量值变化，则判断所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态。
在一些实施例中，所述如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则增加上一时刻的q轴电压uqref或者使上一时刻的q轴电压uqref保持不变，以获得当前时刻的q轴电压u'qref，包括：
获取上一时刻的q轴电压uqref；
获取第一系数k0和第二系数k；
获取预设的q轴电压变化值δuqref，其中，δuqref大于0；
根据公式u'qref＝uqref+k×k0×δuqref，计算出当前时刻的q轴电压u'qref，其中：
如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则所述第一系数k0小于或者等于0；否则，所述第一系数k0大于0；
如果当前电流峰值大于预设电流阈值时，则所述第二系数k小于或者等于0；否则，所述第二系数k大于0。
在一些实施例中，所述如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则所述第一系数k0小于或者等于0；否则，所述第一系数k0大于0，包括：
如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则所述第一系数k0为0；否则，所述第一系数k0为1；
所述如果当前电流峰值大于预设电流阈值，则所述第二系数k小于或者等于0；否则，所述第二系数k大于0，包括：
如果当前电流峰值大于预设电流阈值时，则所述第二系数k＝-1；否则，所述第二系数k＝1。
在一些实施例中，所述方法还包括：
发送所述第一系数k0至所述无人飞行器的飞控芯片，所述飞控芯片在所述第一系数k0小于或者等于0时，控制所述无人飞行器飞行至指定地点。
在一些实施例中，所述指定地点为所述无人飞行器在起飞时的初始位置。
第二方面，本发明实施例还提供了一种控制无人飞行器的电机加速的装置，所述电机加速的装置包括：
运行参数获取模块，用于获取所述无人飞行器的运行参数；
状态确认模块，用于根据所述运行参数确认是否所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态；
当前q轴电压获取模块，用于如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则增加上一时刻的q轴电压uqref或者使上一时刻的q轴电压uqref保持不变，以获得当前时刻的q轴电压u'qref；
电机控制模块，用于根据所述当前时刻的q轴电压u'qref，对电机进行控制。
在一些实施例中，所述运行参数包括：
所述无人飞行器的高度测量值和/或所述无人飞行器的位置测量值，以及所述无人飞行器的三轴加速度测量值；
所述状态确认模块具体用于：
当所述三轴加速度测量值中三个轴的加速度测量值均小于或者等于各自对应的预设加速度阈值时，则判断所述无人飞行器的机臂正常；
当所述三轴加速度测量值中任一轴的加速度测量值大于对应的预设加速度阈值时，如果所述高度测量值为0，或者所述高度测量值不为0且所述高度测量值和位置测量值均不变化，则判断所述无人飞行器机臂异常且处于非飞行状态，如果所述高度测量值变化或者所述位置测量值变化，则判断所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态。
在一些实施例中，所述当前q轴电压获取模块具体用于：
获取上一时刻的q轴电压uqref；
获取第一系数k0和第二系数k；
获取预设的q轴电压变化值δuqref，其中，δuqref大于0；
根据公式u'qref＝uqref+k×k0×δuqref，计算出当前时刻的q轴电压u'qref，其中：
如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则所述第一系数k0小于或者等于0；否则，所述第一系数k0大于0；
如果当前电流峰值大于预设电流阈值时，则所述第二系数k小于或者等于0；否则，所述第二系数k大于0。
在一些实施例中，所述当前q轴电压获取模块具体用于：
如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则所述第一系数k0为0；否则，所述第一系数k0为1；
如果当前电流峰值大于预设电流阈值时，则所述第二系数k＝-1；否则，所述第二系数k＝1。
在一些实施例中，所述装置还包括：
参数发送模块，用于发送所述第一系数k0至所述无人飞行器的飞控芯片，所述飞控芯片在所述第一系数k0小于或者等于0时，控制所述无人飞行器飞行至指定地点。
在一些实施例中，所述指定地点为所述无人飞行器在起飞时的初始位置。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子调速器，用于控制电机的运转，所述电子调速器包括电性连接的电机控制器和电机驱动器，所述电机控制器和所述电机驱动器均用于与所述电机电性连接，所述电机控制器包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种无人飞行器，包括：
机身；
设置于所述机身上的机臂；
设置于所述机身上的电机及用于控制所述电机运行的电子调速器，所述电子调速器为上述的电子调速器。
第五方面，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被无人飞行器执行时，使所述无人飞行器执行上述的方法。
本发明实施例通过获取无人飞行器的运行参数，并根据所述运行参数确认是否所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则增加当前q轴电压或者使当前q轴电压保持不变。解决了现有技术中当机臂异常时有功电压不断减小的问题，有效的避免了无人飞行器往一个方向栽倒，且确保无人飞行器动力充足，以使其能返航或者飞行到其他安全地点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明控制无人飞行器的电机加速的方法和装置的应用场景示意图；
图2是本发明控制无人飞行器的电机加速的方法的一个实施例的流程图；
图3是本发明控制无人飞行器的电机加速的方法的一个实施例中电机控制原理示意图；
图4是本发明控制无人飞行器的电机加速的装置的一个实施例的结构示意图；
图5是本发明控制无人飞行器的电机加速的装置的一个实施例的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的电子调速器的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明实施例提供的控制无人飞行器的电机加速的方法和装置适用于图1所示的应用场景，所述应用场景包括无人飞行器100，无人飞行器100包括电机10、电子调速器20和飞行控制器30。其中，飞行控制器30是无人飞行器100的控制系统，用于控制无人飞行器100的飞行。飞行控制器30包括多种传感器，例如气压传感器、超声波传感器、惯性测量单元和gps模块等。电机10用于为无人飞行器100的飞行提供动力，电子调速器20包括电机驱动器21和电机控制器22，电机控制器22通过电流传感器(图中未示出)接收来自电机10的两相或三相电流信号，通过电机驱动器21输出控制信号到电机10以控制电机10的运行。其中，电机10可以是永磁同步电机或异步交流电机等合适类型的电机。
图2为本发明实施例提供的控制无人飞行器的电机加速的方法的一个实施例的流程示意图，所述电机加速的方法可以由图1中的电机调速器20中的电机控制器22执行，如图2所示，所述电机加速的方法包括：
101：获取所述无人飞行器的运行参数。
其中，所述无人飞行器100的运行参数例如三轴(xyz)加速度测量值、高度测量值和位置测量值等。所述各运行参数可以通过飞行控制器30发送给电机控制器22，例如三轴加速度测量值可以由飞行控制器30的惯性测量单元(imu,inertialmeasurementunit)获得，高度测量值可以由气压传感器获得，位置测量值可以由定位设备例如全球定位系统(gps，globalpositioningsystem)模块获得。
102：根据所述运行参数确认是否所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态。
其中，确认无人飞行器100是否机臂异常且处于飞行状态，可以先确定机臂是否异常，如果三轴加速度测量值中xyz三轴的加速度测量值都小于或者等于各自的预设加速度阈值，则可以确定无人飞行器100的机臂正常。如果xyz三轴中有一个轴的加速度测量值大于其对应的预设加速度阈值，则可以确定无人飞行器100的机臂异常。如果机臂异常再进一步判断无人飞行器100是否处于飞行状态，判断无人飞行器100是否处于飞行状态，可以通过高度测量值和/或位置测量值来判断。例如，如果高度测量值为0，则说明无人飞行器100停在地面上，如果高度测量值不为0但位置测量值不变化，则说明无人飞行器100停在空中，这两种情况都可以判断无人飞行器100处于非飞行状态。如果高度测量值变化或者位置测量值变化，则可以确定无人飞行器100处于飞行状态。在其他实施例中，也可以先判断无人飞行器100是否处于飞行状态，如果无人飞行器100处于飞行状态再判断机臂是否异常。
103：如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则增加上一时刻的q轴电压uqref或者使上一时刻的q轴电压uqref保持不变，以获得当前时刻的q轴电压u'qref。
如果通过无人飞行器100的运行参数确定无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态，则增加上一时刻的q轴电压uqref或者使上一时刻的q轴电压uqref保持不变，以保证无人飞行器100的动力充足，实现成功返航，或者飞行到其他指定地点。
以图3所示的一种加速控制策略为例说明，在图3所示的控制策略中，通常采用使当前q轴电压(有功电压)按照一定的条件增加来实现电机的加速，而当前d轴电压(无功电压)通过对d轴电流闭环控制得到。在使用该控制策略为无人飞行器加速时，由于需要实现快速加速，q轴电压变化值(即δuqref)较大，此时容易造成系统不稳定，可以给δuqref增加系数k来避免系统的不稳定。即当前q轴电压u'qref通过下式获得。
u'qref＝uqref+kδuqref(1)
其中，uqref表示上一时刻的q轴电压，δuqref表示预设q轴电压变化值。
其中，在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，将k设置为大于0的数，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，将q轴电压变化系数k设置为小于或者等于0的数。以使在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变大，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变小或者不变。从而可以将q轴电压变化值δuqref设置为较大的数，以保证系统的机动性能。而当出现当前电流峰值超过预设电流阈值的情况时，使q轴电压变化系数小于或者等于0，以减小q轴电压或者使q轴电压保持不变，从而避免导致系统不稳定。
在采用公式(1)进行控制时，当无人飞行器的机臂异常时当前电流峰值将会很大，此时可能会导致当前q轴电压不断减小，使无人飞行器100往一个方向栽倒。为了保证无人飞行器100的飞行安全，当前q轴电压u'qref可以通过式(2)获得，即增加系数k0。
u'qref＝uqref+k×k0×δuqref(2)
其中，如果无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态，则k0小于或者等于0，否则k0大于0。这样当无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态时，由于峰值电流很大系数k小于或者等于0，系数k0亦小于或者等于0，则当前q轴电压u'qref相对于上一时刻电压增加或者不变，可以避免无人飞行器100往一个方向栽倒，且能保持足够动力，使无人飞行器100能够返航或者飞行至其他安全地点。具体的，可以发送系数k0至无人飞行器100的飞控芯片，以使飞控芯片根据系数k0判断无人飞行器100的状态，当k0小于或者等于0时，控制无人飞行器100飞行至指定地点。其中，指定地点例如无人飞行器在起飞时的初始位置，或者其他预先设置的安全降落点。
具体的，在一些实施例中，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，可以使-1＜k≤0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使k＝1。在另一些实施例中，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使k＝-1，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使k＝1。即：
其中，δi1＝i1-i1max，i1表示电流峰值，i1max表示预设电流阈值。
在其中一些实施例中，如果无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态，k0为0，否则k0为1。
在其中一些实施例中，电流峰值可以为
其中，δuqref为大于0的数，在实际应用中δuqref可以根据电机应用的具体情况设置，可以在整个控制过程中保持δuqref不变，也可以根据具体加速度的要求在控制过程中对δuqref进行调整。
下面以图3为例说明电机控制的具体方法，通过电流传感器(图中未示出)获得电机(图中以永磁同步电机为例)的两相电流ia和ib，另一相电流ic可以通过基尔霍夫原理计算获得，对ia、ib和ic进行clark变换和park变换获得当前d轴电流id和当前q轴电流iq。将当前d轴电流id和上一时刻的d轴电流idref(初始d轴电流为目标d轴电流)的偏差引入pi控制器获得当前d轴电压udref。根据无人飞行器的机臂及飞行状态确定系数k0，根据当前峰值电流确定系数k,根据公式u'qref＝uqref+k×k0×δuqref获得当前q轴电压u'qref。对当前d轴电压udref和当前q轴电压u'qref进行park逆变换并依据转子角度θ获得三相电压指令，然后根据三相电压指令对逆变器进行pwm调节输出控制信号到电机10。
相应的，本发明实施例还提供了一种控制无人飞行器的电机加速的装置，所述电机加速的装置可以用于图1中的电子调速器20，如图4所示，所述电机加速的装置400包括运行参数获取模块401、状态确认模块402和当前q轴电压获取模块403电机控制模块404。通过参数获取模块401获取无人飞行器100的运行参数，然后状态确认模块402根据所述运行参数确认是否无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态。如果无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态，当前q轴电压获取模块403增加上一时刻的q轴电压uqref或者使上一时刻的q轴电压uqref保持不变，以获得当前时刻的q轴电压u'qref。然后电机控制模块404根据所述当前时刻的q轴电压u'qref，对电机进行控制。
本发明实施例通过获取无人飞行器100的运行参数，并根据所述运行参数确认是否所述无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态，如果所述无人飞行器100机臂异常且处于飞行状态，则增加当前q轴电压或者使当前q轴电压保持不变。解决了现有技术中当机臂异常时有功电压不断减小的问题，有效的避免了无人飞行器100往一个方向栽倒，且确保无人飞行器100动力充足，以使其能返航或者飞行到其他安全地点。
其中，在一些实施例中，所述运行参数包括：
无人飞行器100的高度测量值和/或位置测量值，以及三轴加速度测量值；
状态确认模块402具体用于：
当所述三轴加速度测量值中三个轴的加速度测量值均小于或者等于各自对应的预设加速度阈值时，则判断所述无人飞行器的机臂正常；
当所述三轴加速度测量值中任一轴的加速度测量值大于对应的预设加速度阈值时，如果所述高度测量值为0，或者所述高度测量值不为0且所述高度测量值和位置测量值均不变化，则判断所述无人飞行器机臂异常且处于非飞行状态，如果所述高度测量值变化或者所述位置测量值变化，则判断所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态。
在电机加速的装置400的一些实施例中，当前q轴电压获取模块403具体用于：
获取上一时刻的q轴电压uqref；
获取第一系数k0和第二系数k；
获取预设的q轴电压变化值δuqref，其中，δuqref大于0；
根据公式u'qref＝uqref+k×k0×δuqref，计算出当前时刻的q轴电压u'qref，其中：
如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则所述第一系数k0小于或者等于0；否则，所述第一系数k0大于0；
如果当前电流峰值大于预设电流阈值时，则所述第二系数k小于或者等于0；否则，所述第二系数k大于0。
在电机加速的装置400的一些实施例中，当前q轴电压获取模块403具体用于：
如果所述无人飞行器机臂异常且处于飞行状态，则所述第一系数k0为0；否则，所述第一系数k0为1；
如果当前电流峰值大于预设电流阈值时，则所述第二系数k＝-1；否则，所述第二系数k＝1。
在电机加速的装置400的其他一些实施例中，请参照图5，电机加速的装置400还包括：
参数发送模块405，用于发送所述第一系数k0至所述无人飞行器的飞控芯片，所述飞控芯片在所述第一系数k0小于或者等于0时，控制所述无人飞行器飞行至指定地点。
在电机加速的装置400的一些实施例中，所述指定地点为所述无人飞行器在起飞时的初始位置。
需要说明的是，上述电机加速的装置可执行本发明实施例所提供的电机加速的方法，具备执行电机加速的方法相应的功能模块和有益效果。未在装置实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的电机加速的方法。
如图6所示，本发明实施例还提供了一种电子调速器20，电子调速器20包括电性连接的电机控制器22和电机驱动器21，电机控制器22和电机驱动器21均用于与电机10电性连接，电机控制器22包括：
一个或多个处理器221以及存储器222，图6中以一个处理器221为例。处理器221和存储器222可以通过总线或者其他方式连接，图6中以总线连接为例。
存储器222作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电机加速的方法对应的程序指令/单元(例如，附图4所示的运行参数获取模块401、状态确认模块402、当前q轴电压获取模块403和电机控制模块404)。处理器221通过运行存储在存储器222中的非易失性软件程序、指令以及单元，从而执行电子调速器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的电机加速的方法。
存储器222可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电子调速器使用所创建的数据等。此外，存储器222可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器222可选包括相对于处理器221远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子调速器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个单元存储在所述存储器222中，当被所述一个或者多个处理器221执行时，执行上述任意方法实施例中的电机加速的方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤101-103，实现图4所示的模块401-404、图5所示的模块401-405的功能。
上述电子调速器可执行本发明实施例所提供的电机加速的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在电子调速器实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图6中的一个处理器221，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的电机加速的方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤101-103，实现图4所示的模块401-404、图5所示的模块401-405的功能。
如图1所示，本发明实施例还提供了一种无人飞行器100，无人飞行器100包括：
机身以及设置于机身上的机臂(图中未示出)；
安装于所述机身上的电机10及用于控制所述电机10运行的电子调速器20，所述电子调速器20为上述的电子调速器。
上述无人飞行器包括本发明实施例提供的电子调速器，具备其相应的功能模块和有益效果。未在无人飞行器实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的电子调速器。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。