CN108473200A - 用于在多旋翼无人机（uav）中强健的轨迹跟踪的通用控制器 - Google Patents

用于在多旋翼无人机（uav）中强健的轨迹跟踪的通用控制器 Download PDF

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CN108473200A CN201580084504.9A CN201580084504A CN108473200A CN 108473200 A CN108473200 A CN 108473200A CN 201580084504 A CN201580084504 A CN 201580084504A CN 108473200 A CN108473200 A CN 108473200A
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Abstract

公开了一种用于在多旋翼无人机(UAV)中强健的轨迹跟踪的通用控制器。特定的实施例包括：传感器***，用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；以及飞行控制***，耦合至该传感器***，该飞行控制***被配置成用于：从传感器***获取位置和取向数据；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。

Description

用于在多旋翼无人机(UAV)中强健的轨迹跟踪的通用控制器
技术领域
本专利申请涉及根据各种示例实施例的电子***、移动设备、无人机(UAV)以及计算机实现的软件，更具体地涉及用于在多旋翼无人机(UAV)中强健的轨迹跟踪的通用控制器。
背景技术
包括遥控飞机的自主***是正在我们世界的所有方面中(例如，农场、仓库、医院、商业捕鱼、家庭、办公室、交付、林业管理、灾难情景等)找到应用的快速增长的市场。多旋翼无人机(UAV)(包括如四旋翼机的多旋翼飞行器)也是快速发展的航空机器人学领域。事实上，四旋翼航空机器人载具已经成为世界范围内机器人学研究的标准平台。四旋翼机已经具有足够的有效载荷和飞行续航能力来支持多种室内和室外应用。电池改进、自主操作和其他技术正在迅速扩大商业机会的范围。然而，室内和室外应用的增加也在UAV的有效载荷和配置方面产生更宽的可变性。结果是，必须花费大量的时间和成本来重新配置、修改和/或重新调整用于各种有效载荷和配置的UAV控制器，以维持针对自主导航的精确轨迹跟踪。
附图说明
在附图的图中通过示例的方式而非通过限制的方式图示了各实施例，其中：
图1A、1B和1C相对于UAV必须在其中受控的运动维度图示了常规的四轴直升机、四旋翼或多旋翼UAV；
图2图示了用于控制四旋翼机的常规的基于模型的控制过程；
图3和图4图示了用于控制四旋翼机的常规的比例-积分-微分(PID)控制过程。
图5图示了根据示例实施例的多旋翼UAV和地面控制器的框图。
图6图示了根据示例实施例的飞行控制***和轨迹控制逻辑的示例实施例的框图；
图7图示了根据示例实施例的用于控制多旋翼UAV的参数不敏感的控制过程；
图8是图示了如本文中所描述的方法的示例实施例的处理流程图；以及
图9示出了移动计算和/或通信***的示例形式的机器的图示性表示，在该移动计算和/或通信***内，一组指令当被执行时和/或处理逻辑当被激活时可使得机器执行如本文中描述和/或要求保护的方法中的任何一个或多个方法。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的阐述了许多具体的细节以提供对各实施例的透彻理解。然而，将对本领域普通技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体的细节的情况下实践各实施例。
在本文中所描述的各实施例中，公开了一种用于在多旋翼无人机(UAV)中强健的轨迹控制的通用控制器。描述了示例实施例，其中UAV控制器被配置为在UAV的自主飞行期间对UAV中的参数的变化不敏感。结果是，该控制器能够在各种应用中与任何多旋翼UAV一起使用，对用于自主操作的控制器需要很少的修改、调整或重新配置或不需要修改、调整或重新配置。本文中所描述的各实施例改进了强健的轨迹跟踪控制器的控制设计，因此该经改进的控制器不需要对多旋翼UAV***的参数的了解。由此，该改进的控制器对UAV中的参数的变化不敏感。
以下总结了该改进的控制器的一些益处。首先，诸如相机和/或电池的可变的有效载荷或新特征能够被添加到UAV，而不需要修改和/或重新调整控制器，同时维持用于自主导航的精确的轨迹跟踪。第二，通过使UAV控制器对参数变化(例如，UAV***参数，诸如，质量、尺寸、有效载荷等)不敏感，改进的控制器能够被用作用于每类多旋翼UAV的通用控制器，而无需控制器的显著修改或重新调整。第三，改进的控制器提供了对于外部干扰强健且能复原的精确的轨迹跟踪。
遥控飞机和UAV的低成本与它们在导航和绘图中的可操作性和能力已使得新的户外和室内应用成为可能。然而，新的和扩展的应用使得UAV能够变得更智能并且能够自主操作。自主操作的一个关键因素是自主地执行由预先配置的控制器规划的精确机动的能力。目前，用于控制多旋翼UAV的自主飞行的方法要求对UAV***参数(诸如，电机的推力、惯量、质量、尺寸等)的精确建模和表征，以进行对适当控制器的设计。随着特征被添加到UAV中，UAV的性能开始与由UAV***参数的原始精确建模和表征所配置的性能不同(失配)，该特征诸如，不同的电池相机或有效载荷。因为与原始设计中所使用的模型失配，在没有对新的***参数进行适当的(经重新配置的)建模的情况下，UAV的性能降级。虽然存在用于在线识别和学习的方法来应付此问题，但它们通常导致缓慢的适应性，造成对敏捷机动的无效控制。以下结合附图提供了各示例实施例的细节。
现在转向图1A、1B和1C，相对于UAV必须在其中受控的运动维度图示了常规的四轴飞行器、四旋翼或多旋翼无人机。虽然本文中公开了具有四个旋翼(推力元件)的UAV的示例，但是对本领域普通技术人员显而易见的是，本文中的公开内容类似地适用于具有数量大于或小于四个的推力元件的多旋翼无人机。在图1A、1B和1C中示出的示例中，四旋翼机110由附连到刚***叉机身的四个单独的旋翼或推力元件M1、M2、M3和M4组成。典型地，四旋翼机的定向和轨迹控制通过对由每个推力元件产生的推力的微分控制来实现。
根据典型UAV的公知的几何形状，四轴直升机的数学模型描述了它的姿态。更具体地，如图1A、1B和1C中所示，典型的多旋翼UAV由四个推力元件M1、M2、M3和M4组成，它们沿刚***叉机身正交地定位。存在描述多旋翼UAV中所有可能的姿态组合的三个运动。当来自推力元件M2和M4的推力的平衡改变(例如，速度增加或减小)时，获得横滚运动(绕X轴旋转，参见图1A)。通过改变横滚φ角，获得横向加速度。当来自推力元件M1和M3的推力平衡改变时，获得俯仰运动θ(绕Y轴旋转，参见图1B)。俯仰θ角改变造成纵向加速度。通过来自推力元件M1和M3或M2和M4组合中的任一组合的推力的同时改变获得偏航运动ψ(绕Z轴旋转，参见图1C)。如下文中更详细地所描述，这些原理和技术可以用于在三个维度上控制四旋翼机的取向和位置，以使该四旋翼机能够以对四旋翼机参数变化不敏感的方式获取和跟踪期望轨迹或参考轨迹。
现参考图2，图示了用于控制四旋翼机的常规的基于模型的控制过程。该基于模型的控制过程使用数学模型来计算用于特定UAV的控制律，该控制律取决于特定的UAV的状态和参数。作为如图2中所示的基于模型的控制过程的一部分，在离线(即，非飞行)阶段估计和定义与特定UAV相关联的参数集。使用UAV的数学模型，在离线阶段期间先验地计算控制律(例如，数学函数，该数学函数将特定UAV的状态和参数用作其输入的一部分)。使用公知的牛顿-欧拉方法来描述UAV沿三维(3D)空间的运动以及该UAV的由欧拉角参数化的取向(即，俯仰、横滚和偏航)来部分地从物理定律获得该数学模型。对于给定数量的UAV，不同的UAV之间的模型仅通过改变UAV的质量、长度(用于获得扭矩)、惯量的矩阵和旋翼参数矩阵而变化。为了获得基于模型的控制律，对此类UAV特定的参数通常离线地进行测量(例如，质量、机身维度、旋翼参数等)或进行标识(例如，惯量矩阵)。基于此模型以及估计的UAV特定的参数，用于标准轨迹跟踪控制的过程能够被执行。
由飞行控制器在在线阶段(即，飞行时期)期间使用控制律来控制UAV电机的动作，以实现和维持期望的飞行轨迹。然而，只有在估计的参数接近于特定UAV的真实的或实际参数的情况下，该控制律才将是有效的。如果特定UAV的参数被不佳地估计或显著地变化，并且实际参数与估计的参数显著不同，则需要重复离线配置过程和控制律生成，以获得将由控制器在在线阶段中使用的新的参数和新的控制律。如果特定UAV的参数和相关的控制律显著偏离于该UAV的实际参数，则将在飞行期间造成该UAV的性能的无效率和不稳定。
现参考图3和图4，图示了用于控制四旋翼机的常规的比例-积分-微分(PID)控制过程。以类似于上面总结的公知的基于模型的控制过程的方式，该常规的PID UAV控制过程仍然是依赖于参数的。如图3中所示，PID控制过程生成由该PID控制过程用于执行UAV控制动作的比例、积分和微分项或PID增益。如图4中所示，PID控制过程仍然要求离线阶段中的UAV特定的参数集的定义。如上文所解释，这些UAV特定的参数可包括电机推力和阻力系数、惯量(Ix、Iy和Iz)、UAV质量、UAV机身尺寸、旋翼参数等。这些UAV特定的参数用于离线过程中以导出初始的比例、积分和微分项(PID增益)。当由人使用地面控制器远程控制UAV的导航时，PID控制被用作姿态控制器(例如，俯仰、横滚和偏航控制)。使用反复试验飞行性能数据和数学调整方法，针对多旋翼UAV的每个动力学(即，俯仰、横滚和偏航)调节PID增益，以针对具有特定参数组的特定UAV工作。然而，具有不同的特定UAV参数的不同的UAV将需要不同的PID增益。PID控制取决于特定的UAV参数，因为PID增益对于每个单独的UAV是不同的。因此，如果存在UAV参数的显著变化，则特定的UAV的PID增益将需要被重新调整以维持该PID控制的UAV的效率和稳定性，UAV参数的显著变化诸如，由于携带有效载荷或增加如相机的特征而导致的UAV质量变化。
如上文所述，用于多旋翼UAV的自主飞行的已知方法需要详细的建模和参数配置，或者需要PID控制器增益的繁琐和迭代的调整。在每种情况下，常规方法都取决于与特定UAV相关联的特定参数。因此，当前方法提供了UAV飞行控制器，该UAV飞行控制是依赖于参数的，甚至对于微小的参数变化敏感，并且需要对每个不同的UAV设计的控制器的仔细的设计、配置和调整。
图5至图7图示了根据示例实施例的可以(或可以不)与地面控制器560一起使用的多旋翼UAV 500的框图和控制过程。本文中所描述的各实施例提供了对UAV参数变化不敏感的精确的轨迹跟踪控制器(用于自主导航的基本元件)。结果是，示例实施例不是依赖于UAV参数的，并且不需要特定的UAV参数配置且不需要迭代调整。因此，各实施例提供了对于各种各样不同的UAV类型、尺寸和有效载荷有用且高效的UAV控制***和过程，而无需繁琐的重新校准。
参考图5，根据示例实施例的UAV 500可以包括主体和四个(或更多或更少的)推进臂，该主体充当中央机身510，四个(或更多或更少的)推进臂连接到该机身的近端向远端侧向延伸。示例实施例的UAV 500可以包括四个(或更多或更少的)电机540(例如，M1、M2、M3和M4)。每个电机附连至相应的推进臂的远端。每个电机具有旋翼，该旋翼被配置为由电机在当UAV相对于重力处于直立取向时引起相对于重力的竖直向下的推力的取向(即，旋转方向)上以旋转方式驱动(例如，参见图1C)。电机和旋翼的组合形成了推力元件，该推力元件被配置为在相对于机身的主推力方向上(例如，沿竖直维度)提供推力。
在示例实施例中，机身510可以包括电源或电力存储元件550(例如，电池)、飞行控制***600以及传感器***520，该传感器***520包括取向传感器522、位置传感器524，并且(可选地)包括相机526。飞行控制***600可以进一步包括用于与地面控制器560无线地通信的UAV无线收发机530。飞行控制***600被配置成用于控制速度，推力元件(M1、M2、M3和M4)540的电机以该速度以旋转方式驱动旋翼。在特定的实施例中，飞行控制***600可以被配置成用于逆转旋翼旋转的方向，因此电机可以被配置成用于在两个方向中的任一旋转方向上驱动旋翼。
飞行控制***600包括控制器610和轨迹控制逻辑620，该轨迹控制逻辑620配置为响应于来自飞行控制***600的控制信号来协调推力元件(M1、M2、M3和M4)的操作以完成经控制的飞行。控制器610可以是各种标准微控制器、微处理器、芯片组或其他电子控制***中的任何一种。轨迹控制逻辑620包括可执行过程，该可执行过程可由控制器610执行以实现UAV参数不敏感的UAV控制***以及UAV 500的自主操作尤其有用的过程。以下更详细地描述轨迹控制逻辑620。
示例实施例的飞行控制***600能以自主模式或者响应于由地面操作者发送的手动指令来执行UAV控制，该地面操作者正操纵地面控制器560，该地面控制器560配置有处理器561、用于显示来自UAV相机526的视频馈送的显示器562、无线收发机563、手动控件564以及电源或电力存储元件(例如，电池)565。手动控件564可以是用于手动飞行的标准人工操作的控件，它可以是电子或机电设备的形式，诸如游戏控制器或标准远程控制发射机。地面控制器无线收发机563被配置为经由无线连接来与UAV无线收发机530通信以向UAV飞行控制***600发送地面操作者的高级飞行控制输入，并从UAV相机526往回接收信息(诸如，视频馈送)。替代地，在自主模式中，可响应于自动指令生成飞行控制输入，这些自动指令由飞行控制***600以轨迹规划组件629(如图6和图7中所示)或其他自适应控制程序提供的轨迹计划的形式接收。轨迹规划组件629和/或其他飞行控制***600可使用由取向传感器522提供的或来自位置传感器524的传感器数据，诸如，来自GPS(全球定位***)传感器的信号。典型地，由飞行控制***600(无论是手动还是自动地)处理的指令可涉及高级飞行指令(例如，飞得更高、向前飞、转弯等)和有效载荷指令(例如，打开相机、平移相机等)。飞行控制***600适于将这些高级指令转换成低级指令，这些低级指令诸如以期望的旋翼转速和期望的方向激活推力元件(M1...M4)540的各个电机的指令或者控制传递给电机的电力以实现相同目的的指令。
在示例实施例中，在典型的飞行期间，所有的推力元件540可以在主推力方向上、典型地在相对于机身510的竖直维度上产生推力。如以下更详细地所描述，飞行控制***600进一步被配置为控制推力元件(M1、M2、M3和M4)540的一个或多个电机的速度，使得机身510的取向可以被改变，以产生横向加速度(横滚)、纵向加速度(俯仰)或围绕Z轴的旋转(偏航)。因此，在飞行控制***600的方向上，UAV 500可以基于UAV取向来适配其相对于重力的主推力方向。如上文中相关于图1A、1B和1C所述，当来自推力元件M2和M4的推力的平衡改变时(例如，速度增加或减小)时，获得横滚运动(围绕X轴旋转，参见图1A)。通过改变横滚φ角，获得横向加速度。当来自推力元件M1和M3的推力的平衡改变时，获得俯仰运动θ(围绕Y轴旋转，参见图1B)。俯仰θ角改变造成纵向加速度。通过来自推力元件M1和M3的组合或M2和M4的组合中的任一组合的推力的同时改变获得偏航运动ψ(围绕Z轴旋转，参见图1C)。如以下更详细地所描述，飞行控制***600可以用于在三个维度上控制UAV 500的取向和位置，以使得UAV 500能够以对UAV500参数变化不敏感的方式获取和跟踪期望轨迹或参考轨迹。
图6图示了根据示例实施例的飞行控制***600和轨迹控制逻辑620的示例实施例的框图。如上文所述，飞行控制***600可以用于在三个维度上控制UAV 500的取向和位置，以使得UAV 500能够以对UAV 500参数变化不敏感的方式获取和跟踪期望轨迹或参考轨迹。示例实施例的飞行控制***600被配置为控制速度，推力元件(M1、M2、M3和M4)540的电机以该速度以旋转方式驱动旋翼。飞行控制***600包括控制器610和轨迹控制逻辑620，该轨迹控制逻辑620配置为响应于来自飞行控制***600的控制信号来协调推力元件(M1、M2、M3和M4)540的操作以完成经控制的飞行。示例实施例的飞行控制***600能以自主模式或响应于人工指令来执行UAV控制，该人工指令由操纵地面控制器560的地面操作者发送。在自主模式中，轨迹控制逻辑620可以基于由轨迹规划组件629提供的轨迹计划为推力元件540生成控制信号。如以下更详细地所描述，轨迹控制逻辑620可以确定UAV 500在三个维度上的取向和位置，并以对UAV 500参数变化不敏感的方式获取和跟踪对应于轨迹计划的期望轨迹。以下更详细地描述示例实施例的轨迹控制逻辑620的这种特征。
仍然参考图6，示例实施例的轨迹控制逻辑620被示出为包括测量逻辑622、微分器逻辑626、解耦逻辑624和动作控制逻辑628。如上文所述，轨迹规划组件629可以提供定义期望轨迹的轨迹计划。测量逻辑622、微分器逻辑626、解耦逻辑624和动作控制逻辑628被用于确定UAV 500在每个维度上的实际轨迹，并生成控制信号以使得UAV 500的实际轨迹收敛于期望轨迹。
测量逻辑622可包括用于获取并预处理传感器数据的逻辑，该传感器数据从与传感器***520一起被包括在UAV 500上的接各种传感器接收。在示例实施例中，传感器***520可以包括取向传感器522、位置传感器524，并且(可选地)包括相机526。取向传感器522可以包括加速度计、陀螺仪、温度传感器、压力传感器、高度计、空速传感器或对于确定UAV500的取向有用的各种其他传感器中的任何传感器。位置传感器524可以包括GPS(全球定位***)传感器、VHF全向信标(VOR)接收机、自动测向仪(ADF)接收机、天文导航***或用于导航的其他标准方法。如图7中所示，测量逻辑组件622可以从传感器***520获取传感器数据，并产生指示UAV 500在任何时间点的当前位置和取向的数据或信号。测量逻辑组件622可以被配置成用于以期望的速率更新当前的UAV 500的位置和取向。可以向示例实施例的微分器逻辑626和解耦逻辑624提供当前的UAV 500的位置和取向。在特定的实施例中，位置和取向数据可以作为(x，y，z)位置和欧拉角(即，俯仰、横滚和偏航)被提供给微分器逻辑626和解耦逻辑624，该位置和取向数据可以从来自传感器***520的传感器的数据获取或导出。
图7图示了根据示例实施例的用于控制多旋翼UAV的参数不敏感的控制过程。可由图6和图7中示出的轨迹控制逻辑620执行示例实施例的参数不敏感的控制过程。如图7中所示，与以上描述的常规四旋翼机控制过程形成对照，用于示例实施例的参数不敏感的控制过程的初始离线阶段操作集不包括UAV参数或增益值的定义或调整。相反，示例实施例的参数不敏感的控制过程可以最初地使用离线阶段以生成定义UAV 500的近似动力学的通用数学模型，而不考虑与特定UAV相关联的特定参数。消除了该模型中任何参数特定的或依赖于参数的项。如以下更详细地所描述，依赖于参数的项被当作由参数不敏感的控制过程校正的干扰。离线阶段的结果是解耦控制律的生成，该解耦控制律定义了近似的UAV 500动力学，而不考虑UAV 500的具体参数。如以下更详细地所描述，该解耦控制律可以由解耦逻辑624使用。虽然离线生成的解耦控制律不能准确地对UAV 500的动力学进行建模，但参数不敏感的控制过程的剩余操作用来修正最初生成的解耦控制律中的不准确性。以下更详细地描述这些剩余操作。同样重要的是要注意到，与上述常规的四旋翼机控制过程不同，示例实施例的离线阶段的操作对于任何多旋翼UAV仅需要执行一次，而不像常规方法一样重复或迭代地执行。
仍然参考图7，示例实施例的参数不敏感的控制过程使得轨迹控制逻辑620能够独立地控制3D空间中的轨迹(即，x、y和z上的运动)，允许轨迹规划组件629独立地为x、y、z和偏航产生期望的轨迹(作为时间的函数)。由此，参数不敏感的控制过程允许UAV 500跟踪3D空间中的轨迹，其中位置(x,y,z)和偏航的参考轨迹被独立地跟随。在示例实施例的参数不敏感的控制过程中，当前的UAV 500的位置和它的前四个导数被用来预测运动的方向并相应地进行补偿。在示例实施例中，在微分器逻辑626的在线阶段操作期间，使用高阶滑动模式微分器从UAV 500的位置生成这多个导数。这多个导数可以被表示为速度，加速度、急动度(jerk)和痉挛度(snap)。如图7中所示，可在微分器逻辑626的微分器控制逻辑中生成这多个导数。在在线阶段期间，微分器逻辑626使用递归过程来计算位置的这多个导数，即速度、加速度和急动度。这些导数被用于预测UAV 500的运动方向，并维持精确的轨迹跟踪。如图7中所示，可以向解耦逻辑624提供由示例实施例中的微分器逻辑626生成的这多个导数。
一旦解耦控制律在如上文所述的离线阶段期间被初始地生成，该解耦控制律可以被提供给解耦逻辑624。如图7中所示，解耦逻辑624接收来自测量逻辑组件622的位置和取向数据、以及由微分器逻辑626生成的这多个导数。解耦逻辑624使用位置和取向数据以及这多个导数与解耦控制律，以在三维(3D)空间中的每个维度上产生独立的轨迹，并产生相关联的近似解耦信号。解耦逻辑624是在基于模型的轨迹跟踪中使用的解耦控制(也被称为非交互控制)的弛豫，与传统解耦控制不同，该解耦控制是不含参数的。然而，由于解耦控制是不含参数的，因此解耦逻辑624不能够确切地对动力学进行解耦。在由解耦逻辑624施加解耦控制律之后剩余的残差项或过剩耦合被视为将被切换控制组件627丢弃(或补偿)的干扰。此过剩耦合被编码为近似解耦信号。位置、由微分器逻辑626产生的多个导数以及由解耦逻辑624生成的近似解耦信号可以被提供给动作控制逻辑628的切换控制组件627。切换控制组件627可以使用近似解耦信号与位置及由微分器逻辑626产生的该位置的多个导数，以便通过补偿由近似解耦信号定义的过剩耦合来将UAV 500维持在期望轨迹上。轨迹是时间的函数；因此，存在与从轨迹规划组件629获取的期望轨迹的每个期望位置相关联的时间。由此，与期望轨迹相关联的时间和位置数据可由轨迹规划组件629获取或生成，并被提供给切换控制组件627以使得该切换控制组件627能够将UAV 500维持在该期望轨迹上。
在示例实施例中，动作控制逻辑628和其中的切换控制组件627可以使用从测量逻辑组件622获取的包括俯仰、横滚和偏航的位置和取向信息与该位置在感兴趣的方向(x、y或z)上的多个导数(即，速度、加速度、急动度和痉挛度)以及近似解耦信号来计算多个独立维度中的每个维度上的期望轨迹(由轨迹规划组件629提供)与实际轨迹之间的误差。动作控制逻辑628可以进一步生成控制信号来改变推力元件540的速度，以抵消针对较早时针对多个维度中的每个维度计算的误差值。结果是，动作控制逻辑628可以操作以使UAV 500在多个维度中的每个维度上的实际轨迹收敛在期望轨迹上。在特定实施例中，动作控制逻辑628可以生成控制信号以在高速度值与低速度值之间快速地切换推力元件540的电机中的任何一个，而不是计算推力元件540中的每个推力元件的确切的角速度。这两个速度值(高和低)可以被编码为脉宽调制(PWM)信号以产生快速反应信号。因此，UAV 500的运动可以对新的位置和取向测量以及相关联的期望轨迹快速地作出反应。
在如本文中所描述的示例实施例中，与确切地消除不期望的动力学并完全将这些动力学解耦不同，示例实施例对经解耦的动力学进行近似，由此产生可能是依赖于参数的残差项或过剩耦合。此类残差项被视为由示例实施例的参数不敏感的控制过程丢弃或抵消的未知干扰。结果是，参数不敏感的控制过程可以通过将依赖于参数的项视为由控制过程抵消的未知干扰来消除控制设计的参数依赖性，从而实现具有未知参数的轨迹跟踪。以此方式，各实施例的参数不敏感的控制过程可以与各种各样的UAV一起使用，而无需对参数或增益的繁琐的重新配置和重新调整。
与现有解决方案相比，本文中所描述的实施例提供了各种优势。首先，如本文中所描述的参数不敏感的控制过程提供了用于多类多旋翼UAV的通用控制器。这允许在不同的尺寸和重量的各种各样的UAV上使用相同的控制器，并且不需要对用于每个不同的UAV的控制器进行仔细的调整。第二，如本文中所描述的参数不敏感的控制过程提供了对UAV的参数的变化不敏感的轨迹跟踪控制器。这允许人们增加组件或重新配置UAV的组件，而不妨害轨迹跟踪的精度，也不需要如当前方法所要求的额外的调整。第三，如本文中所描述的参数不敏感的控制过程提供了对于外部干扰强健且能复原的精确的轨迹跟踪。
现参考图8，处理流程图图示了如本文中所描述的方法1100的示例实施例。示例实施例的方法1100包括：从多旋翼无人机(UAV)的传感器***获取位置和取向数据(处理框1110)；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数(处理框1120)；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦(处理框1130)；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值(处理框1140)；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值(处理框1150)。
本文中所描述的实施例适用于与所有类型的半导体集成电路(“IC”)芯片一起使用。这些IC芯片的示例包括但不限于处理器、控制器、芯片组组件、可编程逻辑阵列(PLA)、存储器芯片、网络芯片、芯片上***(SoC)、SSD/NAND控制器ASIC等等。另外，在一些附图中，信号导线是用线表示的。任何所表示的信号线，不管是否具有附加信息，实际上都可包括一个或多个信号，这一个或多个信号可在多个方向上行进，并且可用任何适合类型的信号方案来实现，例如，利用差分对来实现的数字或模拟线路、光纤线路，和/或单端线路。
示例尺寸/模型/值/范围可能已经被给出，但是各实施例不限于此。随着制造技术(例如，光刻法)随时间成熟，预期能够制造出更小尺寸的器件。另外，为了图示和讨论的简单化，集成电路(IC)芯片的公知的功率/接地连接和其他组件可在附图中示出，或者可不在附图中示出，以便不使所述实施例的某些方面变得模糊。进一步地，能以框图形式示出布局，以便避免使本发明的各实施例变得模糊，还鉴于相对于此类框图布局的实现的细节高度依赖于将在其内实现实施例的平台这一事实，即，此类细节应当很好地在本领域普通技术人员的见识范围之内。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述示例实施例的情况下，对本领域普通技术人员应当显而易见的是，实施例可以在没有这些具体细节的情况下或者利用这些具体细节的变型来实施。说明书因此被视为是说明性的而不是限制性的。
术语“耦合的”在本文中可用来指所考虑的组件之间的任何类型的直接的或间接的关系，并可适用于电气连接、机械连接、流体连接、光连接、电磁连接、机电连接或其他连接。另外，除非另外指示，否则术语“第一”、“第二”等等在本文中可仅用于便于讨论，并且不承载任何特定的时域或按时间的意义。
在一些实施例中，UAV 500可包括一个或多个无线收发机。无线收发机中的每一个可被实现为物理无线适配器或虚拟无线适配器，它们有时分别被称为“硬件无线电”和“软件无线电”。单个物理无线适配器可被虚拟化(例如，使用软件)为多个虚拟无线适配器。物理无线适配器典型地连接到基于硬件的无线接入点。虚拟无线适配器典型地连接到基于软件的无线接入点，该基于软件的无线接入点有时被称为“软接入点(SoftAP)”。比如，虚拟无线适配器可允许对等设备之间的自组织(ad hoc)通信，该对等设备诸如，智能电话和台式计算机或笔记本计算机。各实施例可使用被实现为多个虚拟无线适配器的单个物理无线适配器、多个物理无线适配器、各自被实现为多个虚拟无线适配器的多个物理无线适配器、或上述各项的某种组合。本文中所描述的示例实施例不限于此方面。
无线收发机可包括或实现各种通信技术以允许UAV 500与诸如地面控制器560的其他电子设备通信。比如，无线收发机可实现被设计成能与网络互操作的各种类型的标准通信元件，诸如，一个或多个通信接口、网络接口、网络接口卡(NIC)、无线电装置、无线发射机/接收机(收发机)、有线和/或无线通信介质、物理连接器，等等。
作为示例而非限制，通信介质包括有线通信介质和无线通信介质。有线通信介质的示例可以包括电线、电缆、金属导线、印刷电路板(PCB)、背板、交换结构、半导体材料、双绞线、同轴电缆、光纤、传播信号等等。无线通信介质的示例可包括声学、射频(RF)频谱、红外和频率的其他部分以及其他无线介质。
在各实施例中，UAV 500可实现不同类型的无线收发机。无线收发机中的每一个都可实现或利用相同或不同的通信参数集以在各种电子设备之间传递信息。在一个实施例中，例如，无线收发机中的每一个都可实现或利用不同的通信参数集以在UAV 500与任何数目的其他设备之间传递信息。通信参数的一些示例可包括而不限于通信协议、通信标准、射频(RF)带、无线电、发射机/接收机(收发机)、无线电处理器、基带处理器、网络扫描阈值参数、射频信道参数、接入点参数、速率选择参数、帧尺寸参数、聚合尺寸参数、分组重试限制参数、协议参数、无线电参数、调制和编码方案(MCS)、确认参数、介质访问控制(MAC)层参数、物理(PHY)层参数和影响无线收发机的操作的任何其他通信参数。本文中所描述的示例实施例不限于此方面。
在各实施例中，无线收发机可实现提供不同的带宽、通信速度或传输范围的不同通信参数。比如，第一无线收发机可包括为较短程的信息通信实现合适的通信参数的短程接口，而第二无线收发机可包括为较长程的信息通信实现合适的通信参数的长程接口。
在各实施例中，术语“短程”和“长程”可以是相对术语，这些相对术语是指相关联的无线收发机与彼此而非客观标准相比的相关联的通信范围(或距离)。在一个实施例中，例如，术语“短程”可指代第一无线收发机的通信范围或距离，该第一无线收发机的通信范围或距离比为UAV 500实现的另一无线收发机(诸如，第二无线收发机)的通信范围或距离短。类似地，术语“长程”可指代第二无线收发机的通信范围或距离，该第二无线收发机的通信范围或距离比为UAV500实现的另一无线收发机(诸如，第一无线收发机)的通信范围或距离长。本文中所描述的示例实施例不限于此方面。
在一个实施例中，例如，无线收发机可包括被设计成通过无线个域网(WPAN)或无线局域网(WLAN)传递信息的无线电。无线收发机可被布置成根据不同类型的较短程无线网络***或协议来提供数据通信功能。提供较短程数据通信服务的合适的WPAN***的示例可包括由蓝牙技术联盟(BluetoothSpecial Interest Group)定义的蓝牙TM***、红外(IR)***、电气和电子工程师协会(IEEETM)802.15***，DASH7***、无线通用串行总线(USB)、无线高清(HD)、超边带(UWB)***、以及类似的***。提供较短程数据通信服务的合适WLAN***的示例可包括IEEE 802.xx系列的协议，诸如，IEEE 802.11a/b/g/n系列的标准协议以及变型(也被称为“WiFi”)。可领会，可实现其他无线技术。本文中所描述的示例实施例不限于此方面。在一个实施例中，例如，无线收发机可包括被设计成通过无线城域网(WMAN)、无线广域网(WWAN)或蜂窝无线电话***传递信息的无线电。另一无线收发机可被布置成根据不同类型的较长程无线网络***或协议来提供数据通信功能。提供较长程数据通信服务的合适的无线网络***的示例可包括IEEE 802.xx系列的协议，诸如，IEEE 802.11a/b/g/n系列的标准协议和变型、IEEE 802.16系列的标准协议和变型、IEEE 802.20系列的标准协议和变型(也被称为“移动宽带无线接入”)等等。替代地，无线收发机可包括被设计成跨由一个或多个蜂窝无线电话***所提供的数据联网链路来传递信息的无线电。提供数据通信服务的蜂窝无线电话***的示例可包括利用通用分组无线服务(GPRS)的GSM***(GSM/GPRS)、CDMA/1xRTT***、用于全球演进的增强型数据速率(EDGE)***、仅演进数据或演进数据优化(EV-DO)***、数据和语音演进(EV-DV)***、高速下行链路分组接入(HSDPA)***、高速上行链路分组接入(HSUPA)以及类似的***。可领会，可实现其他无线技术。本文中所描述的示例实施例不限于此方面。
虽然没有示出，但UAV 500可进一步包括通常为电子设备实现的一个或多个设备资源，诸如，典型地由个人电子设备实现的各种计算和通信平台硬件和软件组件。设备资源的一些示例可包括而不限于协处理器、图形处理单元(GPU)、芯片组/平台控制逻辑、输入/输出(I/O)设备、计算机可读介质、网络接口、便携式电源(例如，电池)、应用程序、***程序等等。本文中所描述的示例实施例不限于此方面。
本文中所包括的是表示用于执行所公开的机构的新颖方面的示例方法体系的逻辑流的集合。虽然出于使解释简单的目的，本文中所示的一个或多个方法被示出和描述为一系列动作，但是本领域普通技术人员将会理解和领会，这些方法不受于动作的次序。据此，一些动作能以与本文中示出和描述的那些动作不同的次序发生和/或与其他动作并发地发生。例如，本领域普通技术人员将会理解和领会，方法可替代地被表示为一系列相互关联的状态或事件，诸如，以状态图的形式。此外，并非在方法中所图示的所有动作对于新颖的实现都是必需的。逻辑流能以软件、固件和/或硬件实现。在软件和固件实施例中，逻辑流可以由计算机可执行指令来实现，该计算机可执行指令被存储至少一种非瞬态计算机可读介质或机器可读介质上，该非瞬态计算机可读介质或机器可读介质诸如光学存储、磁存储或半导体存储。本文中所公开的示例实施例不限于此方面。
如先前参考附图所描述的示例实施例的各种元件可包括各种硬件元件、软件元件或这两者的组合。硬件元件的示例可包括器件、逻辑器件、组件、处理器、微处理器、电路、处理器、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器单元、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微芯片、芯片组等。软件元件的示例可包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、***程序、软件开发程序、机器程序、操作***软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号或它们的任何组合。然而，确定是否使用硬件元件和/或软件元件来实现实施例可能根据任意数量的因素而不同，这些因素诸如对于给定实现所期望的所需的计算速率、功率等级、热容限、处理循环预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度以及其他设计或性能约束。
本文中所描述的示例实施例提供对技术问题的技术解决方案。各实施例通过提供用于以对UAV参数不敏感的方式控制多旋翼UAV取向和轨迹的***和方法各实施例改善了电子设备的功能。各实施例还用于基于动态确定的***上下文来变换各***组件的状态。另外，各实施例实现各种技术领域中的改进，这些技术领域包括动态数据处理、遥控飞机控制、移动计算、信息共享和移动通信。
图9示出诸如移动计算和/或通信***700之类的电子设备的示例形式的机器的图示性表示，在该电子设备内当一组指令被执行时和/或当的处理逻辑被激活时可使得机器执行本文中描述和/或要求保护的方法中的任何一种或多种方法。在替代实施例中，该机器作为独立设备进行操作，或可以被连接(如，联网)到其他机器。在经联网的部署中，该机器可在服务器-客户端网络环境中作为服务器或客户端机器来操作，或者可在对等(或分布式)网络环境中担当对等机器。该机器可以是个人计算机(PC)、膝上型计算机、平板计算***、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、智能电话、web设备、机顶盒(STB)、网络路由器、交换机或桥、或者能够执行的(连续的或以其他方式的)一组指令或激活指定将由该机器执行的动作的处理逻辑的任何机器。此外，虽然只图示了单个机器，但是，术语“机器”也可被认为包括单独地或联合地执行一组(或多组)指令或处理逻辑以执行本文中描述和/或要求保护的方法中的任何一种或多种方法的机器的任何集合。
示例移动计算和/或通信***700包括数据处理器702(例如，芯片上***[SoC]、通用处理核、图形核，并任选地包括其他处理逻辑)以及存储器704，它们可经由总线或其他数据传输***706彼此通信。移动计算和/或通信***700可进一步包括各种输入/输出(I/O)设备和/或接口710，诸如，触摸屏显示器以及可选的网络接口712。在示例实施例中，网络接口712可包括一个或多个无线电收发机，该一个或多个无线电收发机被配置用于实现与任何一个或多个标准无线和/或蜂窝协议或接入技术(例如，第二代(2G)、第2.5代、第3代(3G)、第4代(4G)以及用于蜂窝接入***的未来世代的无线接入、全球移动通信***(GMS)、通用分组无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、宽带码分多址(WCDMA)、LTE、CDMA2000、WLAN、无线路由器(WR)网格等)的兼容性。网络接口712还可被配置成与包括TCP/IP、UDP、SIP、SMS、RTP、WAP、CDMA、TDMA、UMTS、UWB、WiFi、WiMax、蓝牙TM、IEEE 802.11x等在内的各种其他有线和/或无线通信协议一起使用。本质上，网络接口712可事实上包括或支持信息可通过其经由网络714在移动计算和/或通信***700与另一计算或通信***之间传送的任何有线和/或无线通信机制。
存储器704可表示机器可读介质，该机器可读介质上储存有具体化本文中描述和/或要求保护的方法或功能中的任何一种或多种的一组或多组指令、软件、固件或其他处理逻辑(例如，逻辑708)。逻辑708或其部分在其被移动计算和/或通信***700执行期间也可完全或至少部分地驻留在处理器702内。由此，存储器704和处理器702也可构成机器可读介质。逻辑708或其部分也可被配置为其至少一部分部分地以硬件来实现的处理逻辑或逻辑。可进一步在网络714上经由网络接口712被发送或接收逻辑708或其一部分。尽管示例实施例的机器可读介质可以是单个介质，但术语“机器可读介质”应当被认为包括存储一组或多组指令的单个非瞬态介质或多个非瞬态介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和计算***)。术语“机器可读介质”也可被认为包括能够存储、编码或携带供由机器执行并使得该机器执行各实施例的方法中的任何一种或多种方法的一组指令、或者能够存储、编码或携带由此类一组指令利用或与此类一组指令相关联的数据结构的任何非瞬态介质。术语“机器可读介质”应当相应地被认为包括但不限于固态存储器、光学介质和磁介质。
根据对本文中使用的标记法和命名法的一般引用，可以在计算机或计算机网络上执行的程序过程方面来公开本文中呈现的描述。这些程序性描述和表示可以被本领域普通技术人员用来向本领域的其他普通技术人员传达其工作。
过程通常被构想为是对能够被存储、传输、组合、比较并以其他方式操控的电、磁或光信号执行的自洽的操作序列。这些信号可被称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等。然而，应当注意，所有这些和类似术语旨在与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于那些量的方便的标记。此外，所执行的操纵通常以诸如添加或比较之类的术语被提及，这些操作可由一个或多个机器执行。用于执行各实施例的操作的有用的机器可包括通用数字计算机或类似的设备。各实施例也涉及用于执行这些操作的装置或***。该装置可专门构造用于某目的，或其可包括通用计算机，该通用计算机由存储在该计算机内的计算机程序有选择地激活或重新配置。本文中呈现的过程并非固有地与特定的计算机或其他装置相关。可以将各种通用机器与根据本文教导所编写的程序一起使用，或可以证明构造更专门化的装置来实本文中描述的方法是方便的。
在本文中所描述的各实施例中，示例实施例至少包括以下示例。
一种装置，包括：传感器***，用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；以及飞行控制***，耦合至该传感器***，该飞行控制***被配置成用于：从传感器***获取位置和取向数据；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
如以上所要求保护的装置，其中传感器***包括取向传感器和位置传感器。
如以上所要求保护的装置，其中多个推力元件对应于四个推力元件。
如以上所要求保护的装置，其中位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
如以上所要求保护的装置，其中多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
如以上所要求保护的装置，其中期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
如以上所要求保护的装置，被进一步配置成用于生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换多个推力元件中的任何一个。
一种***，包括：机身；电力存储元件；传感器***，用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；多个推力元件；以及飞行控制***，耦合至传感器***和多个推力元件，该飞行控制***被配置成用于：从传感器***获取位置和取向数据；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以慈孝3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
如以上所要求保护的***，其中传感器***包括取向传感器和位置传感器。
如以上所要求保护的***，其中多个推力元件对应于四个推力元件。
如以上所要求保护的***，其中位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
如以上所要求保护的***，其中多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
如以上所要求保护的***，其中期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
如以上所要求保护的***，该***被进一步配置成用于生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换多个推力元件中的任何一个。
一种方法，包括：从多旋翼无人机(UAV)的传感器***获取位置和取向数据；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
如以上所要求的保护方法，其中传感器***包括取向传感器和位置传感器。
如以上所要求的保护方法，其中多个推力元件对应于四个推力元件。
如以上所要求的保护方法，其中位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
如以上所要求的保护方法，其中多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
如以上所要求的保护方法，其中期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
如以上所要求的保护方法，包括：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换所述多个推力元件中的任何一个。
一种非瞬态机器可使用存储介质，具体化指令，所述指令在被机器执行时使机器：从多旋翼无人机(UAV)的传感器***获取位置和取向数据；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
如以上所要求保护的机器可使用存储介质，其中传感器***包括取向传感器和位置传感器。
如以上所要求保护的机器可使用存储介质，其中多个推力元件对应于四个推力元件。
如以上所要求保护的机器可使用存储介质，其中位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
如以上所要求保护的机器可使用存储介质，其中指令被配置成用于使用高阶滑动模式微分器生成多个导数。
如以上所要求保护的机器可使用存储介质，其中指令被配置成用于从轨迹规划逻辑组件获取期望轨迹。
如以上所要求保护的机器可使用存储介质，其中指令配置成用于：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换多个推力元件中的任何一个。
一种设备，包括：感测装置，用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；以及飞行控制装置，耦合至该感测装置，该飞行控制装置被配置成用于：从感测装置获取位置和取向数据；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
如以上所要求保护的设备，其中感测装置包括取向传感器和位置传感器。
如以上所要求保护的设备，其中多个推力元件对应于四个推力元件。
如以上所要求保护的设备，其中位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
如以上所要求保护的设备，其中多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
如以上所要求保护的设备，其中期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
如以上所要求保护的设备，该设备被进一步配置为：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换多个推力元件中的任何一个。
提供本公开的摘要以允许读者快速地确定本技术公开的性质。提交该摘要应当理解，该摘要将不用于限制或解释权利要求的范围或含义。另外，在前述“具体实施方式”中可以看出，为了使本公开流畅，在单个实施例中将各种特征组到一起。这种公开方法不应被解释为反映要求保护的实施例需要比每一项权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，所附权利要求在此被结合到具体实施方式中，其中每项权利要求独立成为单独实施例。

Claims (25)

1.一种装置，包括：
传感器***，所述传感器***用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；以及
飞行控制***，耦合至所述传感器***，所述飞行控制***被配置成用于：
从所述传感器***获取位置和取向数据；
使用微分器从所述位置和取向数据生成多个导数；
应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；
使用所述多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及
生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
5.如权利要求1所述的装置，被进一步配置成用于：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换所述多个推力元件中的任何一个。
6.一种***，包括：
机身；
电力存储元件；
传感器***，所述传感器***用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；
多个推力元件；以及
飞行控制***，耦合至所述传感器***和所述多个推力元件，所述飞行控制***被配置成用于：
从所述传感器***获取位置和取向数据；
使用微分器从所述位置和取向数据生成多个导数；
应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；
使用所述多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及
生成控制信号来改变所述多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
7.如权利要求6所述的***，其中所述位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
8.如权利要求6所述的***，其中所述多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
9.如权利要求6所述的***，其中所述期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
10.如权利要求6所述的***，被进一步配置成用于：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换所述多个推力元件中的任何一个。
11.一种方法，包括：
从多旋翼无人机(UAV)的传感器***获取位置和取向数据；
使用微分器从所述位置和取向数据生成多个导数；
应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；
使用所述多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及
生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
15.如权利要求11所述的方法，包括：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换所述多个推力元件中的任何一个。
16.一种非瞬态机器可使用存储介质，具体化指令，所述指令在被机器执行时使所述机器：
从多旋翼无人机(UAV)的传感器***获取位置和取向数据；
使用微分器从所述位置和取向数据生成多个导数；
应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；
使用所述多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及
生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
17.如权利要求16所述的机器可使用存储介质，其中所述位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
18.如权利要求16所述的机器可使用存储介质，其中所述指令被配置成用于使用高阶滑动模式微分器生成所述多个导数。
19.如权利要求16所述的机器可使用存储介质，其中所述指令被配置成用于从轨迹规划逻辑组件获取所述期望轨迹。
20.如权利要求16所述的机器可使用存储介质，其中所述指令配置成用于：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换所述多个推力元件中的任何一个。
21.一种设备，包括：
感测装置，所述感测装置用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；以及
飞行控制装置，耦合至所述感测装置，所述飞行控制装置被配置成用于：
从所述感测装置获取位置和取向数据；
使用微分器从所述位置和取向数据生成多个导数；
应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；
使用所述多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及
生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。
22.如权利要求21所述的设备，其中所述位置和取向数据包括俯仰、横滚和偏航。
23.如权利要求21所述的设备，其中所述多个导数使用高阶滑动模式微分器来生成。
24.如权利要求21所述的设备，其中所述期望轨迹从轨迹规划逻辑组件获取。
25.如权利要求21所述的设备，所述设备被进一步配置成用于：生成控制信号，以使用脉宽调制(PWM)信号在高速度值与低速度值之间切换所述多个推力元件中的任何一个。
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