器）伺服控制针对调整设定点（控制角φ和Θ)以 及控制器D针对航向，即该控制可以表达为：υΦ= -ΚΡ.Φ，且后者是饱和的。
[0112] 这个快速启动状态维持达预定延迟时间的持续时间，在马达的情况下，为响应时 间的幅值量级，即约100ms。
[0113] 在该快速开启之后（步骤204)，接下来的阶段（步骤206)是无人机的稳定化阶 段，在该阶段，高度控制由现在处于闭环的PID伺服控制来确保，其中高度参考被固定到例 如为1. 50m。另一方面，姿态控制没有被修改，并且该姿态控制与此前已针对步骤204的快 速启动阶段描述的姿态控制相同。
[0114] 使无人机稳定的步骤206持续达确保无人机的稳定所需的时间。
[0115] 当无人机的总角速度|Ω|小于预定阈值（例如90° /s)时，认为无人机足够稳 定。
[0116] 这个稳定化阶段的持续时间非常可变：如果无人机根据平直移动抛投，则该持续 时间很短，而如果无人机根据自旋移动抛投，则该持续时间要长的多。
[0117] 最终步骤（步骤208)是使悬飞足够稳定，使得控制可返回给用户，无人机随后在 抛投开始后退出自动驾驶操作模式。
[0118] 图7和8分别示出了在具有或者不具有对高度估计器的特定初始化的情况下的测 试结果，从而允许将由无人机的超声波传感器（图3中的US传感器114)所测量的实际高 度数据与无人机的稳定化阶段期间所产生的这些数据的估计进行比较。
[0119] 图7对应于其中卡尔曼滤波器的未经修改的初始化情况，即无人机从地面抛投开 始的常规初始化：零高度、零垂直速度和非常小的置信区间（为lmm/s的量级）。
[0120] 这个附图中已示出：
[0121] -US传感器144测量到的高度（即高度估计器124必须收敛到的值）；
[0122] -高度估计值，诸如由卡尔曼滤波器142所产生的高度估计值；及
[0123] -恒定的高度参考，等于零。
[0124] 利用这样的初始化参数，当无人机被用手（比如，在lm量级的高度处）抛投而不 是从地面起飞时，从自由落体检测DET的时刻起，该高度由于用户施加的向上的脉冲而增 加。接着是第一阶段I，在该第一阶段，估计是不相干的，即估计的高度减少并取负值，而实 际上高度增加了。该不相干的估计阶段可持续达几百微秒（在所示示例中为约700ms)，直 到估计的高度再次变为正值并增加（相干的估计阶段II)。因此，估计收敛到测量需要几百 微秒，在该时段期间马达也将以不相干的模式受到控制，即这些马达将在错误方向上施加 推力，并将趋向于将无人机推向地面，而不是使无人机从地面离开。
[0125] 图8与图7相似，但是具有尤其适合于抛投开始的对卡尔曼滤波器的初始化，如上 所述。
[0126] 在该示例中，高度被初始化在1. 50m(而不是零）处，而垂直速度被初始化在正向 上的70cm/s处，（而不是零）。状态估计器的垂直速度分量也不是非常敏感，且有非常宽的 置信区间，比如在本示例中被固定为l〇〇〇_/s(而不是lmm/s)处。
[0127] 如可以看到的那样，从自由落体检测的时刻DET开始，高度的估计值非常快速地 达到局部最大值ML，然后下降，使得不相干估计阶段I的持续时间急剧减小，达到与马达的 反应时间相对应的100ms的量级。接着的阶段II是相干估计阶段，该阶段将允许估计器以 较短的延迟收敛到如由超声波传感器测量到的实际高度。
【主权项】
1. 一种动态控制旋翼无人机（10)的方法，其中多个转子由相应的马达（18)通过应用 不同的马达命令驱动以在姿态、高度和速度方面驾驶无人机，该方法是用于操作从初始状 态到最终状态的转变的方法： -在所述初始状态中，无人机使其马达被关闭， -在所述最终状态中，所述无人机处于上升条件，且从所述最终状态开始，所述无人机 可由用户驾驶， 所述无人机包括： -加速计装置（110)，该加速计装置适于递送所述无人机的加速度值； -陀螺仪装置（102)，所述陀螺仪装置适于递送所述无人机的角速度值； -测高仪装置（124)，所述测高仪装置适于递送所述无人机的高度值； -高度控制装置（132-138)，所述高度控制装置包括基于高度设定点操作的伺服控制 回路；及 -姿态控制装置（104,106,112)，所述姿态控制装置包括基于姿态设定点操作的伺服 控制回路， 所述方法包括以下步骤： ?从马达被关闭的初始状态将所述无人机抛投到空中； ?打开所述马达、激活所述高度控制装置和所述姿态控制装置；及 ?在所述最终状态的上升条件下使所述稳定无人机， 所述方法的特征在于， 所述测高仪装置包括预测滤波估计器（142)，所述预测滤波估计器合并所述无人机的 动态模型的表示并基于包含高度和水平速度变量的状态矢量操作，所述方法包括以下连续 步骤： a) 初始化（202)所述预测滤波估计器； b) 由所述用户从所述马达被关闭的初始状态（LL)将所述无人机抛投到空中； c) 检测自由落体（FF)状态，使得无人机加速度的模（|γ|)在预定的最小持续时间内 小于预定阈值； d) 在检测到所述自由落体状态之际，通过以下快速开启（204): ?打开所述马达， ?开环激活所述高度控制装置，及 ?闭环激活所述姿态控制装置； e) 随后，在至少等于所述马达对所述打开的响应时间的持续时间后，通过以下使所述 无人机稳定（206): ?闭环激活所述高度控制装置，及 ?闭环激活所述姿态控制装置； f) 检测所述稳定状态，使得所述无人机的总角速度的模（IΩ|)小于预定阈值（S);及 g) 在检测到所述稳定状态之际，切换到所述最终状态（208)。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始化所述预测滤波估计器的步骤a)包 括用包括在lm到2m之间的高度变量来初始化所述状态矢量。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始化所述预测滤波估计器的步骤a)包 括用正向上且包括在0到200cm/s之间的垂直速度变量来初始化所述状态矢量。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始化所述预测滤波估计器的步骤a)包 括以包括在l〇〇mm/s到2000mm/s之间的值来初始化所述无人机的初始速度的置信区间。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d)，以开环激活的所述高度控制装 置基于与所述高度估算器的初始状态相对应的固定高度设定点来操作。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤e)，以闭环激活的所述高度控制装 置基于预定的固定高度设定点来操作。7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d)和e)，以闭环激活的所述姿态 控制装置基于零微调设定点和与具有零角速度设定点的当前航向相对应的航向设定点来 操作。
【专利摘要】一种方法，包括以下步骤：a)初始化预测滤波高度估计器(202)；b)在马达被关闭的情况下由用户将无人机抛投到空中；c)检测自由落体(FF)状态；d)在检测到自由落体状态之际，通过以下快速开始：打开马达、高度控制装置的开环激活及姿态控制装置的闭环激活；e)在马达的响应时间之后，通过以下来使无人机稳定(206)：高度控制装置的闭环激活及姿态控制装置的闭环激活；f)检测稳定状态，使得无人机的总角速度小于预定阈值；以及，g)在检测到稳定状态之际，切换到最终状态(208)，在最终状态，无人机处于稳定上升条件并可由用户驾驶。
【IPC分类】G05D1/10, G05D1/08
【公开号】CN105388901
【申请号】CN201510658470
【发明人】G·费耐特, M·巴贝尔, Y·贝纳塔
【申请人】鹦鹉股份有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年8月25日
【公告号】EP2998818A1, US20160062364