CN112660368A - 垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法及*** - Google Patents
垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法及***，所述控制***包括升力驱动模块和角度传感器；在垂直起降无人机处于固定翼巡航模式飞行时，角度传感器用于获取目标角度数据；控制器用于根据目标角度数据与初始角度数据获取角度差值；控制器还用于根据角度差值控制升力电机驱动升力螺旋桨转动。本发明能够实现在固定翼巡航模式飞行时，实时获取升力螺旋桨偏离的角度，并及时控制升力电机驱动升力螺旋桨转动，使得升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行，同时将升力螺旋桨进行刹车锁定在最小阻力位置，从而最大限度减小了无人机的飞行阻力，减少了巡航功率，增加了航程和航时；另外，也避免了对其他设备造成干扰。
Description
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法及***。
背景技术
对于垂直起降无人机，其升力螺旋桨只在垂直起降阶段工作，在固定翼巡航状态下不工作。但是，在实际固定翼巡航过程中，升力螺旋桨会在气动力的作用下产生不规则运动，进而会带来如下问题：
1)增加整机阻力，造成无人机巡航功率增加，航程和航时减少；
2)容易干扰其他设备正常使用，如降落伞开伞过程中，伞绳容易被不规则运动的升力螺旋桨缠绕，从而造成无人机降落伞开伞失败的情况发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中垂直起降无人机在固定翼巡航阶段，升力螺旋桨会在气动力的作用下产生不规则运动，容易造成增加整机阻力、干扰其他设备使用的情况的缺陷，提供一种垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法及***。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种垂直起降无人机的飞行阻力的控制***，所述控制***包括升力驱动模块和角度传感器；
所述升力驱动模块包括升力电机和控制器；
所述升力电机的一端与所述垂直起降无人机的升力螺旋桨固定连接，所述升力电机的另一端与所述角度传感器固定连接；
所述控制器分别与所述升力电机和所述角度传感器电连接；
在所述垂直起降无人机处于固定翼巡航模式飞行时，所述角度传感器用于获取目标角度数据，并发送至所述控制器；
所述控制器用于根据所述目标角度数据控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
较佳地，所述角度传感器包括磁编码器；
所述磁编码器包括磁铁和编码器芯片；
所述磁铁固设于所述升力电机的转子的中心转轴的一端，所述编码器芯片固设于所述升力电机的定子上，所述升力螺旋桨固设于所述升力电机的转子的中心转轴的另一端；
其中，所述磁铁的旋转中心与所述编码器芯片的几何中心重合。
较佳地，当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器用于在所述升力螺旋桨与所述垂直起降无人机的机头朝向相互平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；
所述控制器用于计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；
其中，所述角度差值为所述升力螺旋桨偏离所述垂直起降无人机的飞行方向的角度；
所述控制器还用于根据所述角度差值控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。
较佳地，所述控制器用于采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述升力电机旋转。
较佳地，所述控制器用于在所述升力电机旋转至目标位置时，将所述升力电机的三相短路以刹车锁定所述升力电机；
其中，所述升力电机旋转至所述目标位置时，所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
本发明还提供一种垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法，所述控制方法采用上述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***实现，所述控制方法包括：
S1.在所述垂直起降无人机处于固定翼巡航模式飞行时，所述角度传感器获取目标角度数据，并发送至所述控制器；
S2.所述控制器根据所述目标角度数据控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
较佳地，步骤S1之前还包括：
当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器在所述升力螺旋桨与所述垂直起降无人机的机头朝向相互平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；
步骤S2包括：
所述控制器计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；
其中，所述角度差值为所述升力螺旋桨偏离所述垂直起降无人机的飞行方向的角度；
所述控制器根据所述角度差值控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。
较佳地，步骤S2包括：
所述控制器采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述升力电机旋转。
较佳地，步骤S2之后还包括：
S3.所述控制器用于在所述升力电机旋转至目标位置时，将所述升力电机的三相短路以刹车锁定所述升力电机；
其中，所述升力电机旋转至所述目标位置时，所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
本发明的积极进步效果在于：
本发明中，通过在升力电机的一端固设垂直起降无人机的升力螺旋桨，另一端固设磁编码器，实现在固定翼巡航模式飞行时，实时获取升力螺旋桨偏离的角度，并及时控制升力电机驱动升力螺旋桨转动，使得升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行，同时将升力螺旋桨通过电机刹车锁定在最小阻力位置，从而能够最大限度的减小无人机在飞行过程中的飞行阻力，减少了巡航功率，增加了航程和航时；另外，也避免了对其他设备造成干扰，还具有结构简单、体积小、重量轻等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***的模块示意图。
图2为本发明实施例1的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***和升力螺旋桨的结构示意图。
图3为本发明实施例1的垂直起降无人机处于最小飞行阻力时多个升力螺旋桨的分布示意图。
图4为本发明实施例2的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***包括升力驱动模块1和角度传感器2；
升力驱动模块1包括升力电机3和控制器4；
控制器4分别与升力电机3和角度传感器2电连接；
其中，升力电机3的一端与垂直起降无人机的升力螺旋桨固定连接，升力电机3的另一端与角度传感器2固定连接。
升力驱动模块1可以设置在垂直起降无人机的升力螺旋桨的任意位置，具体安装位置可以根据实际需求确定。优选地，如图2所示，升力驱动模块1固设于垂直起降无人机的升力螺旋桨A的正下方，升力驱动模块1通过升力电机3驱动升力螺旋桨A转动；
角度传感器2固设于升力驱动模块1的正下方；
具体地，角度传感器2包括磁编码器；
磁编码器包括磁铁和编码器芯片；
磁铁固设于升力电机的转子的中心转轴的一端，编码器芯片固设于升力电机的定子上，升力螺旋桨固设于升力电机的转子的中心转轴的另一端；
其中，磁铁的旋转中心与编码器芯片的几何中心重合。
当磁铁随转子转动时，则与安装在定子上的编码器芯片就会产生角度差，进而测得升力螺旋桨相对垂直起降无人机的飞行方向的偏离角度。
在垂直起降无人机处于固定翼巡航模式飞行时，角度传感器2用于获取目标角度数据，并发送至控制器4；
控制器4用于根据目标角度数据驱动升力螺旋桨转动，直至使得升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行。
具体地，当生产垂直起降无人机时，角度传感器2用于在升力螺旋桨与垂直起降无人机的机头朝向相互平行时获取初始角度数据，并发送至控制器4；
控制器4用于计算得到目标角度数据与角度传感器2之间角度差值；
其中，角度差值为升力螺旋桨偏离垂直起降无人机的飞行方向的角度；
若初始角度数据标定为零，则磁编码器得到的目标角度数据即为升力螺旋桨偏离垂直起降无人机的飞行方向的角度。
控制器4还用于根据角度差值控制升力电机3驱动升力螺旋桨转动，直至使得角度差值为零，此时升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行。
具体地，控制器4用于采用电流空间矢量算法根据角度差值驱动升力电机3旋转至目标位置；
当然，也可以采用其他能够根据角度差值驱动升力电机旋转至目标位置的算法。
其中，升力电机3旋转至目标位置时，升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行。
另外，控制器4还用于在升力电机3旋转至目标位置时，将升力电机3的三相短路以刹车锁定升力电机3。
具体地，可以采用但不限于采用场效应管将升力电机3的三相短路以刹车锁定升力电机3。
如图3所示，B表示垂直起降无人机在巡航过程中的来流方向，其中垂直起降无人机中的多个升力螺旋桨(如4个)均与垂直起降无人机的的飞行方向平行，此时对应的飞行阻力最小。
本实施例中的每个升力螺旋桨正下方均设有升力驱动模块和磁编码器，四个升力螺旋桨之间分别独立控制，共同控制实现垂直起降无人机对应的飞行阻力达到最小。
本实施例中，通过在升力电机的一端固设垂直起降无人机的升力螺旋桨，另一端固设磁编码器，实现在固定翼巡航模式飞行时，实时获取升力螺旋桨偏离的角度，并及时控制升力电机驱动升力螺旋桨转动，使得升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行，同时将升力螺旋桨通过电机刹车锁定在最小阻力位置，从而能够最大限度的减小无人机在飞行过程中的飞行阻力，减少了巡航功率，增加了航程和航时；另外，也避免了对其他设备造成干扰，还具有结构简单、体积小、重量轻等优点。
实施例2
本实施例的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法采用实施例1的的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***实现。
如图4所示，本实施例的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法包括：
S101、在垂直起降无人机处于固定翼巡航模式飞行时，角度传感器获取目标角度数据，并发送至控制器；
S102、控制器根据目标角度数据控制升力电机驱动升力螺旋桨转动，直至使得升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行。
具体地，步骤S102包括：
当生产垂直起降无人机时，角度传感器在升力螺旋桨与垂直起降无人机的机头朝向相互平行时获取初始角度数据，并发送至控制器；
控制器计算得到目标角度数据与初始角度数据的角度差值；
其中，角度差值为升力螺旋桨偏离垂直起降无人机的飞行方向的角度；
控制器根据角度差值控制升力电机驱动升力螺旋桨转动，直至使得角度差值为零，此时升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行。
若初始角度数据标定为零，则磁编码器得到的目标角度数据即为升力螺旋桨偏离垂直起降无人机的飞行方向的角度。
另外，步骤S102还包括：
控制器用于采用电流空间矢量算法根据角度差值驱动升力电机旋转至目标位置；
其中，升力电机旋转至目标位置时，升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行。
S103、控制器在升力电机旋转至目标位置时，将升力电机的三相短路以刹车锁定升力电机。
具体地，可以采用但不限于采用场效应管将升力电机的三相短路以刹车锁定升力电机。
本实施例中，能够在固定翼巡航模式飞行时，实时获取升力螺旋桨偏离的角度，并及时控制升力电机驱动升力螺旋桨转动，使得升力螺旋桨的朝向与垂直起降无人机的飞行方向平行，同时将升力螺旋桨通过电机刹车锁定在最小阻力位置，从而能够最大限度的减小无人机在飞行过程中的飞行阻力，减少了巡航功率，增加了航程和航时。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种垂直起降无人机的飞行阻力的控制***，其特征在于，所述控制***包括升力驱动模块和角度传感器；
所述升力驱动模块包括升力电机和控制器；
所述升力电机的一端与所述垂直起降无人机的升力螺旋桨固定连接，所述升力电机的另一端与所述角度传感器固定连接；
所述控制器分别与所述升力电机和所述角度传感器电连接；
在所述垂直起降无人机处于固定翼巡航模式飞行时，所述角度传感器用于获取目标角度数据，并发送至所述控制器；
所述控制器用于根据所述目标角度数据控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
2.如权利要求1所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***，其特征在于，所述角度传感器包括磁编码器；
所述磁编码器包括磁铁和编码器芯片；
所述磁铁固设于所述升力电机的转子的中心转轴的一端，所述编码器芯片固设于所述升力电机的定子上，所述升力螺旋桨固设于所述升力电机的转子的中心转轴的另一端；
其中，所述磁铁的旋转中心与所述编码器芯片的几何中心重合。
3.如权利要求1所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***，其特征在于，当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器用于在所述升力螺旋桨与所述垂直起降无人机的机头朝向相互平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；
所述控制器用于计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；
其中，所述角度差值为所述升力螺旋桨偏离所述垂直起降无人机的飞行方向的角度；
所述控制器还用于根据所述角度差值控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。
4.如权利要求3所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***，其特征在于，所述控制器用于采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述升力电机旋转。
5.如权利要求4所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***，其特征在于，所述控制器用于在所述升力电机旋转至目标位置时，将所述升力电机的三相短路以刹车锁定所述升力电机；
其中，所述升力电机旋转至所述目标位置时，所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
6.一种垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法，其特征在于，所述控制方法采用权利要求1至5中任意一项所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制***实现，所述控制方法包括：
S1.在所述垂直起降无人机处于固定翼巡航模式飞行时，所述角度传感器获取目标角度数据，并发送至所述控制器；
S2.所述控制器根据所述目标角度数据控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
7.如权利要求6所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：
当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器在所述升力螺旋桨与所述垂直起降无人机的机头朝向相互平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；
步骤S2包括：
所述控制器计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；
其中，所述角度差值为所述升力螺旋桨偏离所述垂直起降无人机的飞行方向的角度；
所述控制器根据所述角度差值控制所述升力电机驱动所述升力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。
8.如权利要求7所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法，其特征在于，步骤S2包括：
所述控制器采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述升力电机旋转。
9.如权利要求8所述的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法，其特征在于，步骤S2之后还包括：
S3.所述控制器用于在所述升力电机旋转至目标位置时，将所述升力电机的三相短路以刹车锁定所述升力电机；
其中，所述升力电机旋转至所述目标位置时，所述升力螺旋桨的朝向与所述垂直起降无人机的飞行方向平行。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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