CN108170030A - 动力***控制分配方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及飞行器控制技术领域，提供一种动力***控制分配方法及相关装置，应用于包括多个动力***的多旋翼飞行器，通过对获取到的多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量，保证了每个限幅控制量都不会超过多旋翼飞行器的实际能力；其次，将多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令并进行限幅，直接限制了虚拟控制指令有可能的过快变化。通过两次限幅，实现了虚拟控制量和虚拟控制指令在一定时间步长内的改变幅度与动力***实际动态响应能力的匹配，可以避免响应过快导致的相位裕度锐减，提高了多旋翼飞行器的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器控制技术领域，具体而言，涉及一种动力***控制分配方法及相关装置。
背景技术
多旋翼飞行器以及具有多旋翼组件的飞行器是一种多变量、非线性、强耦合的动力学***，其强耦合特性集中体现在控制分配环节，偶数个中心对称的旋翼协调响应滚转欧拉角、俯仰欧拉角、偏航欧拉角及高度四个方向的控制分配输出是本领域技术人员一直在优化的问题。采用较大功率动力***的多旋翼飞行器，由于螺旋桨直径和螺距较大产生的气动阻力矩较大，电机、螺旋桨转动惯量大，这两个因素导致动力***改变状态所需时间更长，而且无功率输出到最大功率范围内的非线性程度更为明显，在这种情况下，忽略动力***动态响应的多旋翼控制***更容易产生输入饱和问题，容易出现响应过快导致的相位裕度锐减的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种动力***控制分配方法及相关装置，用以改善上述问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种动力***控制分配方法，应用于多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括多个动力***，所述方法包括：获取多个虚拟控制量；利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量；根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵；利用所述控制分配矩阵，将所述多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令；对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
第二方面，本发明实施例提供了一种动力***控制分配装置，应用于多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括多个动力***，所述装置包括虚拟控制量获取模块、第一限幅模块、控制分配矩阵确定模块、转换模块及第二限幅模块。其中，虚拟控制量获取模块用于获取多个虚拟控制量；第一限幅模块用于利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量；控制分配矩阵确定模块用于根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵；转换模块用于利用所述控制分配矩阵，将所述多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令；第二限幅模块用于对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
第三方面，本发明实施例提供了一种多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括多个动力***，所述多旋翼飞行器还包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上述的动力***控制分配方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的动力***控制分配方法。
相对现有技术，本发明实施例提供的一种动力***控制分配方法及相关装置，通过获取多个虚拟控制量，并利用与多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量，以保证每个限幅控制量都不会超过多旋翼飞行器的实际能力；然后，根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵，并利用控制分配矩阵，将多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令，再对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，直接限制了虚拟控制指令有可能的过快变化，得到每个动力***的限幅控制指令。本发明实施例通过两次限幅，实现了虚拟控制量和虚拟控制指令在一定时间步长内的改变幅度与动力***实际动态响应能力的匹配，可以避免响应过快导致的相位裕度锐减，提高了多旋翼飞行器的鲁棒性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的多旋翼飞行器的方框示意图。
图2示出了本发明第一实施例提供的动力***控制分配方法流程图。
图3为图2示出的步骤S103的子步骤流程图。
图4为图2示出的步骤S105的子步骤流程图。
图5示出了本发明第二实施例提供的动力***控制分配装置的方框示意图。
图标：100-多旋翼飞行器；110-存储器；120-存储控制器；130-处理器；200-动力***控制分配装置；210-虚拟控制量获取模块；220-第一限幅模块；230-控制分配矩阵确定模块；240-转换模块；250-第二限幅模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1示出了本发明实施例提供的多旋翼飞行器100的方框示意图。多旋翼飞行器100可以是，但不限于四旋翼飞行器、六旋翼飞行器、八旋翼飞行器等等。所述多旋翼飞行器100包括动力***控制分配装置200、存储器110、存储控制器120及处理器130。
所述存储器110、存储控制器120及处理器130各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述动力***控制分配装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器110中或固化在所多旋翼飞行器100的操作***(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器130用于执行存储器110中存储的可执行模块，例如所述动力***控制分配装置200包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器110用于存储程序，所述处理器130在接收到执行指令后，执行所述程序。
处理器130可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述的处理器130可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)、语音处理器以及视频处理器等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器130也可以是任何常规的处理器等。
在本发明实施例中，多旋翼飞行器100还包括多个动力***，每个动力***均与处理器130电性连接，同时，动力***的数量与该多旋翼飞行器100的旋翼数量对应，例如，四旋翼飞行器包括四个动力***，六旋翼飞行器包括六个动力***等。
第一实施例
请参照图2，图2示出了本发明第一实施例提供的动力***控制分配方法流程图。动力***控制分配方法包括以下步骤：
步骤S101，获取多个虚拟控制量。
在本发明实施例中，虚拟控制量是多旋翼飞行器100上的虚拟控制器计算得到的，该虚拟控制器可以是产生广义力输出的控制器，例如，模型参考自适应控制器、反步控制器和动态逆控制器等。虚拟控制指令包括滚转力矩指令、俯仰力矩指令、偏航力矩指令和拉力指令。
步骤S102，利用与多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量。
在本发明实施例中，多个预设最大虚拟控制量是通过获取所有动力***的实际输出在时间步长内产生的多个最大力矩，并分别乘以预设安全系数得到的，多个最大力矩包括最大滚转力矩、最大俯仰力矩、最大偏航力矩和最大拉力，预设安全系数可以是，但不限于(0,1)内的数值。
也就是说，首先获取每个动力***的实际输出在时间步长产生的滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩和拉力；然后，从所有动力***的实际输出在时间步长产生的滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩和拉力中，选取出最大滚转力矩、最大俯仰力矩、最大偏航力矩和最大拉力；最后，将选取出的最大滚转力矩、最大俯仰力矩、最大偏航力矩和最大拉力分别乘以预设安全系数，就得到了多个预设最大虚拟控制量，该多个预设最大虚拟控制量包括滚转项、俯仰项、偏航项和拉力项。
作为一种实施方式，多个预设最大虚拟控制量中的滚转项、俯仰项和偏航项均为双向参数，拉力项为单项参数，也就是说，采用归一化处理，则滚转项、俯仰项和偏航项的范围是[-1,1]，拉力项的范围是[0,1]。
在本发明实施例中，对多个虚拟控制量进行一一限幅的方法可以是：从虚拟控制量与对应的预设最大虚拟控制量中确定较小的一个作为该虚拟控制量对应的限幅控制量。换句话说，就是将滚转力矩指令、俯仰力矩指令、偏航力矩指令和拉力指令，与滚转项、俯仰项、偏航项和拉力项预设最大虚拟控制量进行一一对比，得到多个限幅控制量，该多个限幅控制量包括滚转项、俯仰项、偏航项和拉力项。
也就是说，将滚转力矩指令与滚转项预设最大虚拟控制量、俯仰力矩指令与俯仰项预设最大虚拟控制量、偏航力矩指令与偏航项预设最大虚拟控制量、拉力指令与拉力项预设最大虚拟控制量分别进行对比，选取滚转力矩指令与滚转项预设最大虚拟控制量中较小的一个作为滚转项限幅控制量，依次类推，分别得到俯仰项限幅控制量、偏航项限幅控制量和拉力项限幅控制量。
在本发明实施例中，采用广义力作为虚拟控制量，同时通过动力***的动态特性，估算时间步长下虚拟控制量实际可达的变化范围，因此，在控制分配之前已经对各项广义力进行了初步限幅，这样可以保证每一项虚拟控制量均不会超过多旋翼飞行器100的实际能力。
步骤S103，根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵。
在本发明实施例中，每个动力***的力学模型可以是反映该动力***特性的参数，该动力***的力学模型包括动力系力数据表和一阶惯性时间常数。
动力系力数据表可以表示该动力***产生拉力及转动阻力矩的能力，转动阻力矩的方向与该动力***的螺旋桨转动方向相反，动力系力数据表包括不同的动力***控制指令(δ)对应的螺旋桨转速(ω)、拉力(T)、电压(V)和电流(A)。
一阶惯性时间常数可以表示该动力***的动态响应能力，一阶惯性时间常数可以用KTime表示。一阶惯性时间常数通常为测试动力***控制指令在变化时到达稳定转速63％所需的时间，其可以通过当动力***控制指令从0阶跃输出至1时，测量动力***转速稳定所需时间的63％获得。另外，动力***控制指令(δ)可以是，但不限于PWM脉宽。
在本发明实施例中，每个动力***的安装位置包括该动力***的轴距(Lmotor)及安装角(χmotor)，其中，轴距表示该动力***到多旋翼飞行器100重心的直线距离；安装角表示该动力***的轴线在多旋翼飞行器100机体坐标系XY平面上的投影点与多旋翼飞行器100重心的连线，在多旋翼飞行器100机体坐标系X轴正方向的及角度。
在本发明实施例中，得到每个动力***的力学模型和安装位置之后，将每个动力***对应的***参数和位置参数均输入预设的动力***估算模型，得到控制分配矩阵，具体估算过程如子步骤S1031～S1034所示。
请参照图3，步骤S103具体包括以下子步骤：
子步骤S1031，获取每个动力***的力学模型和安装位置，其中，所力学模型包括一阶惯性时间常数。
子步骤S1032，利用预设的优化目标和约束条件，对多旋翼飞行器的悬停状态进行优化，得到每个动力***对应的悬停控制指令。
在本发明实施例中，预设的动力***估算模型包括预设的优化目标和约束条件。
预设的优化目标包括第一优化目标和第二优化目标，具体来说，第一优化目标可以表示为其中，mUAV表示多旋翼飞行器100的重力，i表示每个动力***的序号，hover表示悬停状态，L、M、N分别表示动力***产生的滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩。第一优化目标可以表示为
预设的优化条件包括第一约束条件和第二约束条件，第一约束条件可以用公式表示，其中，DRmin和DRmax分别为预设的动态响应下限值和动态响应上限值，KDR_T和KDR_Time分别为预设的拉力权重因子和时间常数权重因子。KDR_T和KDR_Time有两方面的作用：一是对每个动力***的拉力和一阶惯性时间常数的相对大小进行归一化；二是调整动力***的时间常数在动力***动态响应中的比重，若动力***的规格差异不大，则动力***时间常数权重因子可以设置的比较小，若动力***的规格差异大，则动力***时间常数权重因子可以设置的较大。
第二约束条件可以用公式δhover_min<δi_hover<δhover_max表示，其中，δhover_min和δhover_max分别为预设的动力***控制指令下限值和动力***控制指令上限值。δhover_min和δhover_max可以避免悬停状态的每个动力***控制指令过小或者过大，导致部分或全部动力***在状态调整过程中由于饱和而丧失可控性。
在本发明实施例中，可以采用多目标多约束全局优化算法，利用预设的优化目标和约束条件，对多旋翼飞行器100的悬停状态进行优化，优化完后，可以获得每个动力***合理的悬停控制指令。
子步骤S1033，根据每个动力***对应的悬停控制指令，估算出该动力***产生的控制力矩。
在本发明实施例中，首先，可以根据每个动力***的安装位置，获得每个动力***在多旋翼飞行器100机体坐标系的X轴力臂和Y轴力臂。这一过程可以利用力臂计算公式进行计算，其中，Li_motor为每个动力***的轴距，cosχi_motor为每个动力***的安装角。
然后，计算出每个动力***的力数据之后，根据上述计算出的每个动力***的悬停控制指令，设置任意一个动力***对应的悬停控制指令表征的正方向增加5％～30％，其它动力***保持各自的悬停控制指令不变，按照该动力***的力数据及位置参数，估算该动力***产生的控制力矩，控制力矩包括拉力、滚转、俯仰和偏航力矩。
作为一种实施方式，控制力矩可以利用以下公式进行估算：
ΔTi＝Ti_hover_+(5％～30％)-Ti_hover
ΔLi＝ΔTi·Li_motor_Y
ΔMi＝ΔTi·Li_motor_X
Di＝Vi.Ai/ωi
ΔDi＝Di_hover_+(5％～30％)-Di_hover
ΔNi＝ΔDi
其中，i_hover_+(5％～30％)表示任意一个动力***对应的悬停控制指令表征的正方向增加5％～30％，Δ表示悬停控制指令表征的正方向增加5％～30％产生的增量，Ti,Li,Mi,Ni分别表示任意一个动力***对应的悬停控制指令表征的正方向增加5％～30％产生的拉力、滚转、俯仰和偏航力矩。
子步骤S1034，根据每个动力***的控制力矩和一阶惯性时间常数，确定出所述控制分配矩阵。
在本发明实施例中，首先，根据每个动力***产生的控制力矩，得到静态分配矩阵其中，Li_B_s、Mi_B_s、Ni_B_s、Ti_B_s分别为每个动力***产生的滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩和拉力；然后，根据静态分配矩阵和每个动力***的时间常数，得到动态分配矩阵BSD＝BStaticBDynamic，其中，Ki_Time为每个动力***的一阶惯性环节时间常数；最后，对动态分配矩阵进行归一化，计算出控制分配矩阵，为了在滚转、俯仰、偏航、拉力四个方向均进行归一化，可以先将动态分配矩阵BSD的每一列取无穷范数||·||∞，再将每一列元素除以相应的无穷范数值，就能得到归一化之后的控制分配矩阵B。
步骤S104，利用控制分配矩阵，将多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令。
在本发明实施例中，虚拟控制指令可以是，但不限于PWM脉宽。
步骤S105，对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
在本发明实施例中，得到每个动力***的虚拟控制指令之后，需要对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，这样可以进一步限制时间步长内动力***转速改变的最大幅度，从而直接的限制了控制指令有可能的过快变化。
作为一种实施方式，以单个动力***为例，对该动力***的虚拟控制指令进行限幅的方法可以是：首先，将该动力***的实际控制指令与虚拟控制指令进行相减，得到控制指令变化率；然后，将控制指令变化率与该动力***的最大控制指令变化率进行对比，若控制指令变化率大于最大控制指令变化率，则该动力***的限幅控制指令为该动力***的虚拟控制指令叠加最大控制指令变化率与时间步长的乘积；若控制指令变化率小于最大控制指令变化率，则该动力***的限幅控制指令为该动力***的虚拟控制指令。
获取某个动力***的最大控制指令变化率的方法可以是：将该动力***实际输出转速在时间步长内产生的最大变化率对应的控制指令变化率，作为最大控制指令变化率。
需要说明的是，以上是对单个动力***的虚拟控制指令进行限幅的方法，对所有的动力***均采用上述的方法进行虚拟控制指令限幅，就能得到每个动力***的限幅控制指令，对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅的具体过程如子步骤S1051～子步骤S1054所示。
请参照图4，步骤S105具体包括以下子步骤：
子步骤S1051，获取多旋翼飞行器的期望控制力矩。
在本发明实施例中，期望控制力矩包括滚转期望力矩、俯仰期望力矩、偏航期望力矩和期望拉力。
子步骤S1052，将期望控制力矩输入控制分配矩阵，得到每个动力***的实际控制指令。
在本发明实施例中，得到期望控制力矩和控制分配矩阵之后，首先按照控制分配矩阵将期望控制力矩分配至每个动力***，得到每个动力***未考虑动态特性的静态控制指令；然后，对每个动力***未考虑动态特性的静态控制指令添加一阶惯性环节得到每个动力***的实际控制指令。
子步骤S1053，将实际控制指令和虚拟控制指令相减，得到每个动力***的控制指令变化率。
子步骤S1054，利用预设的最大控制指令变化率和每个动力***的控制指令变化率，对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
在本发明实施例中，将每个动力***的控制指令变化率均与最大控制指令变化率进行对比；若任意一个动力***的控制指令变化率大于最大控制指令变化率，则该动力***的限幅控制指令为该动力***的虚拟控制指令叠加最大控制指令变化率与时间步长的乘积；若任意一个动力***的控制指令变化率小于最大控制指令变化率，则该动力***的限幅控制指令为该动力***的虚拟控制指令。
需要说明的是，本发明实施例中的最大虚拟控制量和最大控制指令变化率均在多旋翼飞行器100悬停状态的邻域进行获取，这样可以削弱动力***的非线性特性对最大虚拟控制量和最大控制指令变化率的影响。
与现有技术相比，本发明实施例提供的动力***控制分配方法具有以下有益效果：
1、采用广义力作为虚拟控制量，同时通过动力***的动态特性，估算时间步长下虚拟控制量实际可达的变化范围，因此，在控制分配之前已经对各项广义力进行了初步限幅，这样可以保证每一项虚拟控制量均不会超过多旋翼飞行器100的实际能力。
2、通过对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，这样可以进一步限制时间步长内动力***转速改变的最大幅度，从而直接的限制了控制指令有可能的过快变化。
3、通过两次限幅，实现了虚拟控制量和虚拟控制指令在一定时间步长内的改变幅度与动力***实际动态响应能力的匹配，可以避免响应过快导致的相位裕度锐减，提高了多旋翼飞行器100的鲁棒性。
第二实施例
请参照图3，图3示出了本发明第二实施例提供的动力***控制分配装置200的方框示意图。动力***控制分配装置200包括虚拟控制量获取模块210、第一限幅模块220、控制分配矩阵确定模块230、转换模块240及第二限幅模块250。
虚拟控制量获取模块210，用于获取多个虚拟控制量。
在本发明实施例中，虚拟控制量获取模块210可以用于执行步骤S101。
第一限幅模块220，用于利用与多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量。
在本发明实施例中，第一限幅模块220可以用于执行步骤S102。
控制分配矩阵确定模块230，用于根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵。
在本发明实施例中，控制分配矩阵确定模块230可以用于执行步骤S103。
在本发明实施例中，控制分配矩阵确定模块230可以具体用于执行步骤S103的子步骤S1031～S1034。
转换模块240，用于利用控制分配矩阵，将多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令。
在本发明实施例中，转换模块240可以用于执行步骤S104。
第二限幅模块250，用于对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
在本发明实施例中，第二限幅模块250可以用于执行步骤S105。
在本发明实施例中，第二限幅模块250可以具体用于执行步骤S105的子步骤S1051～S1054。
本发明实施例还揭示了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器130执行时实现本发明第一实施例揭示的动力***控制分配方法。
综上所述，本发明实施例提供的一种动力***控制分配方法及相关装置，所述方法包括：获取多个虚拟控制量；利用与多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量；根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵；利用控制分配矩阵，将多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令；对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。本发明实施例通过获取多个虚拟控制量，并利用与多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量，以保证每个限幅控制量都不会超过多旋翼飞行器的实际能力；然后，根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵，并利用控制分配矩阵，将多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令，再对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，直接限制了虚拟控制指令有可能的过快变化，得到每个动力***的限幅控制指令。本发明实施例通过两次限幅，实现了虚拟控制量和虚拟控制指令在一定时间步长内的改变幅度与动力***实际动态响应能力的匹配，可以避免响应过快导致的相位裕度锐减，提高了多旋翼飞行器的鲁棒性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
Claims (10)
1.一种动力***控制分配方法，其特征在于，应用于多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括多个动力***，所述方法包括：
获取多个虚拟控制量；
利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量；
根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵；
利用所述控制分配矩阵，将所述多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令；
对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个预设最大虚拟控制量是通过获取所有动力***的实际输出在时间步长内产生的多个最大力矩，并分别乘以预设安全系数得到的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量的步骤，包括：
从虚拟控制量与对应的预设最大虚拟控制量中确定较小的一个作为该虚拟控制量对应的限幅控制量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵的步骤，包括：
获取每个动力***的力学模型和安装位置，其中，所述力学模型包括一阶惯性时间常数；
利用预设的优化目标和约束条件，对所述多旋翼飞行器的悬停状态进行优化，得到每个动力***对应的悬停控制指令；
根据每个动力***对应的悬停控制指令，估算出该动力***产生的控制力矩；
根据每个动力***的控制力矩和一阶惯性时间常数，确定出所述控制分配矩阵。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到限幅控制指令的步骤，包括：
获取所述多旋翼飞行器的期望控制力矩；
将所述期望控制力矩输入所述控制分配矩阵，得到每个动力***的实际控制指令；
将所述实际控制指令和所述虚拟控制指令相减，得到每个动力***的控制指令变化率；
利用预设的最大控制指令变化率和每个动力***的控制指令变化率，对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用预设的最大控制指令变化率，对每个动力***的控制指令变化率进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令的步骤，包括：
将每个动力***的控制指令变化率均与最大控制指令变化率进行对比；
若任意一个动力***的控制指令变化率大于最大控制指令变化率，则该动力***的限幅控制指令为该动力***的虚拟控制指令叠加最大控制指令变化率与时间步长的乘积；
若任意一个动力***的控制指令变化率小于最大控制指令变化率，则该动力***的限幅控制指令为该动力***的虚拟控制指令。
7.一种动力***控制分配装置，其特征在于，应用于多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括多个动力***，所述装置包括：
虚拟控制量获取模块，用于获取多个虚拟控制量；
第一限幅模块，用于利用与所述多个虚拟控制量一一对应的多个预设最大虚拟控制量，对所述多个虚拟控制量进行一一限幅，得到多个限幅控制量；
控制分配矩阵确定模块，用于根据每个动力***的力学模型和安装位置，确定出控制分配矩阵；
转换模块，用于利用所述控制分配矩阵，将所述多个限幅控制量转换为每个动力***的虚拟控制指令；
第二限幅模块，用于对每个动力***的虚拟控制指令进行限幅，得到每个动力***的限幅控制指令。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述多个预设最大虚拟控制量是通过获取所有动力***的实际输出在时间步长内产生的多个最大力矩，并分别乘以预设安全系数得到的。
9.一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述多旋翼飞行器包括多个动力***，所述多旋翼飞行器还包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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