CN111708373A - 一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法 - Google Patents
一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111708373A CN111708373A CN201911137722.0A CN201911137722A CN111708373A CN 111708373 A CN111708373 A CN 111708373A CN 201911137722 A CN201911137722 A CN 201911137722A CN 111708373 A CN111708373 A CN 111708373A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- aerial vehicle
- unmanned aerial
- module
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明公开了一种大气检测无人机的自动飞行控制***，属于大气检测技术领域；解决了现有控制方法下，无人机的自适应能力差的问题，其技术特征是：包括用于控制无人机飞行的地面控制站，用于调节无人机飞行姿态的姿态控制模块，用于调节无人机飞行角度的速度控制模块，用于控制电机运行的电机控制分配模块；本发明能够根据误差和误差变化率进行PID参数的自调整，以自适应无人机不同状态的飞行控制，PID控制参数随着状态自适应调整，提高无人机的自适应能力，改善了响应特性，提高了大气环境检测无人机在人***动区域活动的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及大气检测技术领域，具体是一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法。
背景技术
随着社会的不断发展，环境污染问题也越来越严重，尤其是大气品质状况越来越受到人们的关注。工业中煤和石油燃烧产生的大气污染物，工业企业生产过程中排放的大气污染物，汽车、火车、飞机、轮船等交通工具排放的大气污染物以及生活垃圾焚烧产生的大气污染物使得大气污染情况日益严重。
大气检测无人机多为化工园区等人员活动区，对无人机的飞行安全，操控性要求较高。目前多旋翼无人机多采用PID控制方法实现姿态、速度等自动控制，在不同的起飞重量、风力、海拔甚至气温、湿度等条件下，无人机的自适应能力差，因此，我们提出一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法，以解决现有控制方法下，无人机的自适应能力差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大气检测无人机的自动飞行控制***，包括用于控制无人机飞行的地面控制站，用于调节无人机飞行姿态的姿态控制模块，用于调节无人机飞行角度的速度控制模块，用于控制电机运行的电机控制分配模块。
作为本发明进一步的方案：姿态控制模块的输出端电性连接有速度控制模块，速度控制模块的输出端电性连接有电机控制分配模块的输入端，且电机控制分配模块安装在无人机模块上，无人机模块上设有电机组件，电机组件包括多个伺服电机，伺服电机的输出端固定连接有螺旋桨，电机控制分配模块和电机组件电性连接。
作为本发明再进一步的方案：姿态控制模块包括航向角指令单元、俯仰角指令单元和滚转角指定单元，姿态控制模块还包括姿态控制回路，航向角指令单元、俯仰角指令单元和滚转角指定单元均与姿态控制回路电性连接。
作为本发明再进一步的方案：速度控制模块包括航向控制量单元、俯仰控制量单元和滚转控制量单元，速度控制模块还包括速度控制回路，航向控制量单元、俯仰控制量单元和滚转控制量单元分别与速度控制回路电性连接。
作为本发明再进一步的方案：速度控制回路和姿态控制回路为模糊PID 控制结构。
作为本发明再进一步的方案：PID控制结构包括两个部分，第一部分为 PID参数的模糊推理自调整，第二部分为PID控制器本体，参数的模糊推理自调整基本原理为根据控制误差e和误差的变化率ec按照模糊逻辑进行调整。
一种大气检测无人机的自动飞行控制方法，步骤如下：
S1、确定各电机控制分配；
S2、确定模糊PID的模糊推理规则，模糊PID控制结构包括PID参数的模糊推理自调整和PID控制器本体，参数的模糊推理自调整基本原理为根据控制误差e和误差的变化率ec按照模糊逻辑进行调整；
S3、确定姿态、速度环的模糊PID控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够根据误差和误差变化率进行PID参数的自调整，以自适应无人机不同状态的飞行控制，PID控制参数随着状态自适应调整，提高无人机的自适应能力，改善了响应特性，提高了大气环境检测无人机在人***动区域活动的安全性。
附图说明
图1为大气检测无人机的自动飞行控制***的结构示意图。
图2为大气检测无人机的自动飞行控制***中PID控制结构的结构示意图。
图3为大气检测无人机的自动飞行控制方法的工作流程示意图。
图4为大气检测无人机的自动飞行控制方法中各电机布置及旋转关系图。
图中：1-地面控制站、2-姿态控制模块、3-速度控制模块、4-电机控制分配模块、5-无人机模块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例中，一种大气检测无人机的自动飞行控制***，包括用于控制无人机飞行的地面控制站1，用于调节无人机飞行姿态的姿态控制模块2，用于调节无人机飞行角度的速度控制模块3，用于控制电机运行的电机控制分配模块4；
姿态控制模块2的输出端电性连接有速度控制模块3，速度控制模块3的输出端电性连接有电机控制分配模块4的输入端，且电机控制分配模块4安装在无人机模块5上，无人机模块5上设有电机组件，电机组件包括多个伺服电机，伺服电机的输出端固定连接有螺旋桨，电机控制分配模块4和电机组件电性连接；
姿态控制模块2包括航向角指令单元、俯仰角指令单元和滚转角指定单元，姿态控制模块2还包括姿态控制回路，航向角指令单元、俯仰角指令单元和滚转角指定单元均与姿态控制回路电性连接；
速度控制模块3包括航向控制量单元、俯仰控制量单元和滚转控制量单元，速度控制模块3还包括速度控制回路，航向控制量单元、俯仰控制量单元和滚转控制量单元分别与速度控制回路电性连接；
姿态控制模块2和电机控制分配模块4之间通过垂向制量单元电性连接。
速度控制回路和姿态控制回路为模糊PID控制结构；
如图2所示，PID控制结构包括两个部分，第一部分为PID参数的模糊推理自调整，第二部分为PID控制器本体，参数的模糊推理自调整基本原理为根据控制误差e和误差的变化率ec按照模糊逻辑进行调整。
模糊PID的参数调整的一个逻辑为需要增大控制量时加大控制增益，需要减小时减小控制增益，其中的一种调整规则如表1所示：
表1Δkp、Δki、Δkd模糊规则表
其中，NB、NS、Z、PS、PB为负大、负小、零、正小、正大。若e和ec 二者同号则表明对象正在远离目标值，此时增大或保持Kp，Kd；二者异号表明接近目标值，此时根据误差及误差变化率的大小选择减小或保持Kp、Kd； Ki主要根据误差的大小进行调整，较大误差时减小Ki，较小误差时增大Ki。
实施例2
如图3所示，一种大气检测无人机的自动飞行控制方法，步骤如下：
S1、确定各电机控制分配，以四旋翼为例说明各电机控制分配，各电机布置及旋转关系如图4所示，四旋翼无人机滚转、俯仰、航向控制力矩以及垂直方向的总拉力分别为：
因此有控制产生的控制力矩和总拉力分配到各电机的控制分配方式为：
S2、确定模糊PID的模糊推理规则，模糊PID控制结构包括PID参数的模糊推理自调整和PID控制器本体，参数的模糊推理自调整基本原理为根据控制误差e和误差的变化率ec按照模糊逻辑进行调整；
S3、确定姿态、速度环的模糊PID控制，基于上述的模糊PID控制方法，实现大气检测无人机的姿态、速度跟踪控制，其中姿态、速度回路的纵向、侧向和垂航向通道的PID控制参数通过上述的模糊推理机制实现自适应调整。
本发明的有益效果是：本发明能够根据误差和误差变化率进行PID参数的自调整，以自适应无人机不同状态的飞行控制，PID控制参数随着状态自适应调整，提高无人机的自适应能力，改善了响应特性，提高了大气环境检测无人机在人***动区域活动的安全性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种大气检测无人机的自动飞行控制***，其特征在于，包括用于控制无人机飞行的地面控制站(1)，用于调节无人机飞行姿态的姿态控制模块(2)，用于调节无人机飞行角度的速度控制模块(3)，用于控制电机运行的电机控制分配模块(4)；
姿态控制模块(2)的输出端电性连接有速度控制模块(3)，速度控制模块(3)的输出端电性连接有电机控制分配模块(4)的输入端，且电机控制分配模块(4)安装在无人机模块(5)上，无人机模块(5)上设有电机组件，电机组件包括多个伺服电机，伺服电机的输出端固定连接有螺旋桨，电机控制分配模块(4)和电机组件电性连接。
2.根据权利要求1所述的大气检测无人机的自动飞行控制***，其特征在于，姿态控制模块(2)包括航向角指令单元、俯仰角指令单元和滚转角指定单元，姿态控制模块(2)还包括姿态控制回路，航向角指令单元、俯仰角指令单元和滚转角指定单元均与姿态控制回路电性连接。
3.根据权利要求2所述的大气检测无人机的自动飞行控制***，其特征在于，速度控制模块(3)包括航向控制量单元、俯仰控制量单元和滚转控制量单元，速度控制模块(3)还包括速度控制回路，航向控制量单元、俯仰控制量单元和滚转控制量单元分别与速度控制回路电性连接。
4.根据权利要求3所述的大气检测无人机的自动飞行控制***，其特征在于，速度控制回路和姿态控制回路为模糊PID控制结构。
5.根据权利要求1所述的大气检测无人机的自动飞行控制***，其特征在于，PID控制结构包括两个部分，第一部分为PID参数的模糊推理自调整，第二部分为PID控制器本体。
6.根据权利要求1-5任一所述的大气检测无人机的自动飞行控制***，其特征在于，姿态控制模块(2)和电机控制分配模块(4)之间通过垂向制量单元电性连接。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的大气检测无人机的自动飞行控制***的方法，其特征在于，步骤如下：
S1、确定各电机控制分配；
S2、确定模糊PID的模糊推理规则，模糊PID控制结构包括PID参数的模糊推理自调整和PID控制器本体，参数的模糊推理自调整基本原理为根据控制误差e和误差的变化率ec按照模糊逻辑进行调整；
S3、确定姿态、速度环的模糊PID控制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911137722.0A CN111708373A (zh) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | 一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911137722.0A CN111708373A (zh) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | 一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111708373A true CN111708373A (zh) | 2020-09-25 |
Family
ID=72536148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911137722.0A Pending CN111708373A (zh) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | 一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111708373A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103383571A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-06 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种非对称四旋翼无人机及其控制方法 |
| US20160068267A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | SZ DJI Technology Co., Ltd | Context-based flight mode selection |
| CN106647781A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-05-10 | 广西师范大学 | 基于重复控制补偿神经模糊pid四旋翼飞行器的控制方法 |
| CN207148653U (zh) * | 2017-09-22 | 2018-03-27 | 南京开天眼无人机科技有限公司 | 一种抗风型无人机飞行*** |
| CN110333733A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-10-15 | 南京信息工程大学 | 一种四旋翼飞行器的串级变论域模糊pid姿态控制***及方法 |
-
2019
- 2019-11-19 CN CN201911137722.0A patent/CN111708373A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103383571A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-06 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种非对称四旋翼无人机及其控制方法 |
| US20160068267A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | SZ DJI Technology Co., Ltd | Context-based flight mode selection |
| CN106647781A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-05-10 | 广西师范大学 | 基于重复控制补偿神经模糊pid四旋翼飞行器的控制方法 |
| CN207148653U (zh) * | 2017-09-22 | 2018-03-27 | 南京开天眼无人机科技有限公司 | 一种抗风型无人机飞行*** |
| CN110333733A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-10-15 | 南京信息工程大学 | 一种四旋翼飞行器的串级变论域模糊pid姿态控制***及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103383571B (zh) | 一种非对称四旋翼无人机及其控制方法 | |
| CN113342025B (zh) | 一种基于线性自抗扰控制的四旋翼无人机姿态控制方法 | |
| CN106444826A (zh) | 四旋翼无人飞行器的飞行控制方法 | |
| CN105923147B (zh) | 一种固定翼无人机降落控制方法 | |
| CN102360216A (zh) | 双发舰载飞机单发停车的安全着舰控制方法 | |
| CN112537444A (zh) | 一种复合翼无人机悬停自动对风的方法 | |
| CN206243453U (zh) | 一种无人机气源控制*** | |
| DE202017104421U1 (de) | Unbemanntes Flugzeug | |
| Zhang et al. | Time-varying linear control for tiltrotor aircraft | |
| US20210011488A1 (en) | Takeoff/Landing Stability Augmentation by Active Wind Gust Sensing | |
| CN112068594A (zh) | 一种基于jaya算法优化的小型无人直升机航向控制方法 | |
| WO2021065180A1 (ja) | 電動化航空機及びその空力性能制御方法 | |
| Di Francesco et al. | INDI control with direct lift for a tilt rotor UAV | |
| EP4082906A1 (en) | Aircraft with a multi-fan propulsion system for controlling flight orientation transitions | |
| CN107992071A (zh) | 尾座式无人机纵向姿态双模糊控制***及方法 | |
| CN111708373A (zh) | 一种大气检测无人机的自动飞行控制***及方法 | |
| CN113093809A (zh) | 一种复合翼无人机的自抗扰控制器及其建立方法 | |
| CN211918998U (zh) | 翼尖柔性连接固定翼组合无人机 | |
| CN117452859A (zh) | 一种自主飞行的航空器的控制***及其方法 | |
| CN205060003U (zh) | 一种巡航耗能低的新型多轴无人机 | |
| CN208393624U (zh) | 一种涵道式共轴反桨旋翼*** | |
| CN103407444A (zh) | 基于垫升起降技术的固定翼飞行器 | |
| CN102929150B (zh) | 一种基于离散控制模型的扰流片自适应控制方法 | |
| Quan et al. | Lifting-wing quadcopter modeling and unified control | |
| CN210162248U (zh) | 一种多旋翼飞行器辅助飞行装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200925 |