基于质量测量的植保无人机控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于质量测量的植保无人机控制系统及方法，其中的方法用于对正在进行农药喷洒作用的植保无人机的飞行进行控制，包括：实时测量植保无人机的农药消耗量；将植保无人机的初始质量减去农药消耗量得到植保无人机的实时总质量；根据植保无人机的实时总质量计算植保无人机实时的水平姿态的第一重力距补偿量；根据植保无人机的实时姿态信息和第一重力距补偿量计算植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量；根据第二重力距补偿量调整植保无人机的电机的转速。其提升了植保无人机的控制精度和增加了植保无人机飞行的平稳性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于质量测量的植保无人机控制系统及方法
本专利技术涉及无人机术领域，特别是涉及基于质量测量的植保无人机控制系统及方法。
技术介绍
多旋翼无人机的控制方法一般都是根据位置、姿态需求按照一定的控制算法分解得到总的拉力及体坐标系下的三个扭矩指令，然后根据多旋翼特定的构型分布对应的分配矩阵分解得到每个电机的转速平方指令，进而得到每个电机的转速指令。最后通过电机调速器控制电机的转速。然而，多旋翼植保无人机比较特殊，其作业飞行过程中所运载的药液不断减少会导致飞机重量(即质量)不断减小。此外，对于重量分布不是中心对称的植保无人机，其重量不断变化还会导致其重心位置不断改变，为了保证飞机的平稳飞行，其飞控系统的控制分配矩阵需要相应地进行动态改变。这是由于控制分配矩阵一般是建立在飞机的几何中心，当几何中心与重心重合时，重力矩为零，因此重力变化对于控制分配的影响不存在。当重心不在几何中心，且重心位置发生动态改变时，原来不考虑重力矩的力矩方程不再平衡，必须增加重力矩相关项才能够保证方程动态平衡。因此，对于多旋翼植保无人机，需要对其质量与重力附加力矩实时估计，才能够得到精确的动力学控制模型。为了减少农药用量、降低农药残留、减小生态环境污染，精准农业航空理念和超低剂量喷洒等技术的推广应用对植保无人机的精准控制要求越来越高。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的一个目的是要提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于质量测量的植保无人机控制系统及方法。本专利技术一个进一步的目的是提升植保无人机的控制精度和增加植保无人机飞行的平稳性和安全性。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种基于质量测量的植保无人机控制方法，用于对正在进行农药喷洒作用的植保无人机的飞行进行控制，包括：实时测量植保无人机的农药消耗量；将植保无人机的初始质量减去农药消耗量得到植保无人机的实时总质量；根据植保无人机的实时总质量计算植保无人机实时的水平姿态的第一重力距补偿量；根据植保无人机的实时姿态信息和第一重力距补偿量计算植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量；根据第二重力距补偿量调整植保无人机的电机的转速。可选地，根据植保无人机的实时总质量计算植保无人机实时的水平姿态的第一重力距补偿量的步骤包括：获取第一重力距补偿量的拟合计算公式，拟合计算公式表示出植保无人机的实时总质量与第一重力距补偿量的对应关系；将植保无人机的实时总质量输入计算拟合公式进行计算，得到第一重力距补偿量。可选地，拟合计算公式为：ΔM1x(M)＝KxM+Bx；ΔM1y(M)＝KyM+By；其中，ΔM1x(M)为水平方向X轴对应的第一重力矩补偿量，ΔM1y(M)为水平方向Y轴对应的第一重力矩补偿量，M为植保无人机的实时总质量，Kx、Bx均为预设常数。可选地，植保无人机的实时姿态信息包括植保无人机的滚转角和俯仰角；根据植保无人机的实时姿态信息和第一重力距补偿量计算植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量的步骤包括：获取计算植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量的计算公式；将滚转角和俯仰角输入计算公式得到第二重力距补偿量；计算公式为：ΔM2x＝ΔM1xcosΦ，其中，ΔM2x为水平方向X轴对应的第二重力距补偿量，ΔM2y为水平方向Y轴对应的第二重力距补偿量，ΔM1x为水平方向X轴对应的第一重力矩补偿量，ΔM1y为水平方向Y轴对应的第一重力矩补偿量，Φ为滚转角，为俯仰角。可选地，根据第二重力距补偿量调整植保无人机的电机的转速的步骤包括：根据第二重力距补偿量调整植保无人机的控制分配器的输入，以完成控制分配的补偿；根据控制分配器的输入和控制分配矩阵计算植保无人机的所有电机的转速指令；根据电机的转速指令控制电机的转速。根据本专利技术另一个方面，还提供了一种基于质量测量的植保无人机控制系统，包括：流量计，配置为实时测量植保无人机的农药消耗量；质量计算单元，配置为将植保无人机的初始质量减去农药消耗量得到植保无人机的实时总质量；第一计算单元，配置为根据植保无人机的实时总质量计算植保无人机实时的水平姿态的第一重力距补偿量；第二计算单元，配置为根据植保无人机的实时姿态信息和第一重力距补偿量计算植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量；控制单元，配置为根据第二重力距补偿量调整植保无人机的电机的转速。可选地，第一计算单元还配置为：获取第一重力距补偿量的拟合计算公式，拟合计算公式表示出植保无人机的实时总质量与第一重力距补偿量的对应关系；将植保无人机的实时总质量输入计算拟合公式进行计算，得到第一重力距补偿量。可选地，拟合计算公式为：ΔM1x(M)＝KxM+Bx；ΔM1y(M)＝KyM+By；其中，ΔM1x(M)为水平方向X轴对应的第一重力矩补偿量，ΔM1y(M)为水平方向Y轴对应的第一重力矩补偿量，M为植保无人机的实时总质量，Kx、Bx均为预设常数。可选地，控制系统还包括：陀螺仪，配置为测量植保无人机的滚转角和俯仰角；第二计算单元还配置为：获取计算植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量的计算公式，将滚转角和俯仰角输入计算公式得到第二重力距补偿量；计算公式为：ΔM2x＝ΔM1xcosΦ，其中，ΔM2x为水平方向X轴对应的第二重力距补偿量，ΔM2y为水平方向Y轴对应的第二重力距补偿量，ΔM1x为水平方向X轴对应的第一重力矩补偿量，ΔM1y为水平方向Y轴对应的第一重力矩补偿量，Φ为滚转角，为俯仰角。可选地，控制单元包括：第三计算单元，配置为根据第二重力距补偿量调整植保无人机的控制分配器的输入，以完成控制分配的补偿；根据控制分配器的输入和控制分配矩阵计算植保无人机的所有电机的转速指令；电调，配置为根据电机的转速指令控制电机的转速。本专利技术的基于质量测量的植保无人机控制方法，利用额定的初始质量减去实时测量的农药消耗量得到植保无人机的实时总质量，利用植保无人机的实时总质量得到第一重力距补偿量，并根据第一重力距补偿量和植保无人机的飞行姿态得到不同飞行姿态下的第二重力距补偿量，再根据第二重力距补偿量调整植保无人机的电机的转速，从而解决了变质量的植保无人机的平稳飞行控制问题，提升了植保无人机在农药喷洒作用过程中的飞行的平稳性和安全性。进一步地，本专利技术的基于质量测量的植保无人机控制方法中，根据植保无人机的实时总质量的变化对植保无人机的飞行进行控制，可明显改善植保无人机起飞或降落过程的平稳性，增加飞行安全性；并可减小飞行过程中刹车期间的振荡摆幅，减少能源消耗，增加飞行时间以及提高植保无人机的抗风能力。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的植保无人机的示意性结构图；图2是根据本专利技术一个实施例的基于质量测量的植保无人机控制系统的电器部件的示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的基于质量测量的植保无人机控制方法的流程图；以及图4是植保无人机的经典控制系统框图。具体实施方式本实施例首先提供了一种基于质量测量的植保无人机控制系统，图1是根据本专利技术一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于质量测量的植保无人机控制方法，用于对正在进行农药喷洒作用的植保无人机的飞行进行控制，包括：实时测量所述植保无人机的农药消耗量；将所述植保无人机的初始质量减去所述农药消耗量得到所述植保无人机的实时总质量；根据所述植保无人机的实时总质量计算所述植保无人机实时的水平姿态的第一重力距补偿量；根据所述植保无人机的实时姿态信息和所述第一重力距补偿量计算所述植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量；根据所述第二重力距补偿量调整所述植保无人机的电机的转速。

【技术特征摘要】
1.一种基于质量测量的植保无人机控制方法，用于对正在进行农药喷洒作用的植保无人机的飞行进行控制，包括：实时测量所述植保无人机的农药消耗量；将所述植保无人机的初始质量减去所述农药消耗量得到所述植保无人机的实时总质量；根据所述植保无人机的实时总质量计算所述植保无人机实时的水平姿态的第一重力距补偿量；根据所述植保无人机的实时姿态信息和所述第一重力距补偿量计算所述植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量；根据所述第二重力距补偿量调整所述植保无人机的电机的转速。2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，根据所述植保无人机的实时总质量计算所述植保无人机实时的水平姿态的第一重力距补偿量的步骤包括：获取所述第一重力距补偿量的拟合计算公式，所述拟合计算公式表示出所述植保无人机的实时总质量与所述第一重力距补偿量的对应关系；将所述植保无人机的实时总质量输入所述计算拟合公式进行计算，得到所述第一重力距补偿量。3.根据权利要求2所述的控制方法，其中所述拟合计算公式为：ΔM1x(M)＝KxM+Bx；ΔM1y(M)＝KyM+By；其中，ΔM1x(M)为水平方向X轴对应的所述第一重力矩补偿量，ΔM1y(M)为水平方向Y轴对应的所述第一重力矩补偿量，M为所述植保无人机的实时总质量，Kx、Bx均为预设常数。4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，所述植保无人机的实时姿态信息包括所述植保无人机的滚转角和俯仰角；根据所述植保无人机的实时姿态信息和所述第一重力距补偿量计算所述植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量的步骤包括：获取计算所述植保无人机在不同飞行姿态下的第二重力距补偿量的计算公式；将所述滚转角和俯仰角输入所述计算公式得到所述第二重力距补偿量；所述计算公式为：ΔM2x＝ΔM1xcosΦ，其中，ΔM2x为水平方向X轴对应的所述第二重力距补偿量，ΔM2y为水平方向Y轴对应的所述第二重力距补偿量，ΔM1x为水平方向X轴对应的所述第一重力矩补偿量，ΔM1y为水平方向Y轴对应的所述第一重力矩补偿量，Φ为所述滚转角，为所述俯仰角。5.根据权利要求1所述的控制方法，其中，根据所述第二重力距补偿量调整所述植保无人机的电机的转速的步骤包括：根据所述第二重力距补偿量调整所述植保无人机的控制分配器的输入，以完成控制分配的补偿；根据所述控制分配器的输入和控制分配矩阵计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兵，胡宝军，逯亮清，唐贵林，
申请(专利权)人：富平县韦加无人机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61