一种无人机重心偏移的补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机重心偏移的补偿方法，包括：获取无人机的目标控制力矩；获取所述无人机由重心偏移得到的附加力矩；采用递推最小二乘法辨识出所述无人机所需的补偿力矩；将所述附加力矩和所述补偿力矩添加到目标控制力矩中进行补偿控制；将补偿后的力矩分配给四个电机，以使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。本发明专利技术还公开了一种无人机重心偏移的补偿系统。本发明专利技术能够对无人机进行重心偏移补偿控制，有效提升无人机的动态性能和抗干扰能力，进而提升用户的飞行体验。

A Compensation Method and System for Unmanned Aerial Vehicle Center of Gravity Offset

The invention discloses a compensation method for the center of gravity deviation of an unmanned aerial vehicle, which includes: acquiring the target control moment of the unmanned aerial vehicle; acquiring the additional moment obtained by the center of gravity deviation of the unmanned aerial vehicle; identifying the compensating moment required by the unmanned aerial vehicle by the recursive least square method; adding the additional moment and the compensating moment to the target control moment for compensating control; After that, the torque is allocated to four motors so that the four motors drive the UAV to achieve the target attitude. The invention also discloses a compensation system for the center of gravity deviation of an unmanned aerial vehicle. The invention can compensate the center of gravity deviation of the UAV, effectively improve the dynamic performance and anti-jamming ability of the UAV, and then enhance the flight experience of the user.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机重心偏移的补偿方法及系统
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种无人机重心偏移的补偿方法及系统。
技术介绍
现有技术中，带云台的无人航拍飞行器都会存在飞行器重心与飞行器机体的几何中心不一致的情况，由此产生的重心偏移会导致控制的效果不够理想，尤其在手动模式下，无人机明显会往重心偏移的方向漂移，大大影响了用户尤其是新手的飞行体验和可操作性。因此，有必要针对无人机重心偏移的问题对其进行准确辨识并补偿控制。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题，提供了一种无人机重心偏移的补偿方法及系统，能够对无人机进行重心偏移补偿控制，有效提升无人机的动态性能和抗干扰能力，进而提升用户的飞行体验。本专利技术就上述技术问题而提出的技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种无人机重心偏移的补偿方法，包括：获取无人机的目标控制力矩；获取所述无人机由重心偏移得到的附加力矩；采用递推最小二乘法辨识出所述无人机所需的补偿力矩；将所述附加力矩和所述补偿力矩添加到目标控制力矩中进行补偿控制；将补偿后的力矩分配给四个电机，以使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。进一步地，所述获取无人机的目标控制力矩，具体包括：根据所述无人机的目标姿态角以及由所述无人机当前姿态解算得到的姿态角，计算获得姿态角误差；根据所述姿态角误差获得目标角速度，并根据所述目标角速度以及由所述无人机当前姿态解算得到的角速度，计算获得姿态角速度误差；根据所述姿态角速度误差获得所述目标控制力矩。进一步地，所述采用递推最小二乘法辨识出所述无人机所需的补偿力矩，具体包括：基于俯仰角方向的总力矩、俯仰角速度、滚转角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩；基于滚转角方向的总力矩、滚转角速度、俯仰角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述滚转角方向上所需的补偿力矩；基于偏航角方向的总力矩、偏航角加速度、滚转角速度和俯仰角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述偏航角方向上所需的补偿力矩。进一步地，所述基于俯仰角方向的总力矩、俯仰角速度、滚转角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩，具体包括：获取所述无人机俯仰角方向的力矩平衡方程其中，Mx为无人机俯仰角方向的总力矩，为滚转角加速度，为俯仰角速度，为偏航角速度，Ixx、Iyy、Izz为无人机的转动惯量，为俯仰角方向的补偿力矩；设线性方程组Ax＝b，则A(k,:)x＝bk,其中，k＝1,2,…n，A(k,:)＝[ak1,ak2,…,akn]，x＝[x1,x2,…,xn]T；令b＝Mx，采用递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩所述递推最小二乘法为：xk+1＝xk+Qk[bk-A(k,:)xk]，k＝1,2,…,n；Pk+1＝[I-QkA(k,:)]Pk；其中，随机产生初始权值向量x0＝rand(n,1)，设P0＝αI∈Rn×n，α＝106～1010，I∈Rn×n是单位矩阵。进一步地，所述将补偿后的力矩分配给四个电机，以使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态，具体包括：基于所述无人机的重量、转动惯量以及电机到质量中心的臂长，依次将所述俯仰角方向的补偿力矩、所述滚转角方向的补偿力矩、所述偏航角方向的补偿力矩分配给所述四个电机，以调整所述四个电机的转速，使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。另一方面，本专利技术提供一种无人机重心偏移的补偿系统，包括：第一获取模块，用于获取无人机的目标控制力矩；第二获取模块，用于获取所述无人机由重心偏移得到的附加力矩；辨识模块，用于采用递推最小二乘法辨识出所述无人机所需的补偿力矩；补偿模块，用于将所述附加力矩和所述补偿力矩添加到目标控制力矩中进行补偿控制；以及，分配模块，用于将补偿后的力矩分配给四个电机，以使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。进一步地，所述第一获取模块具体包括：姿态角误差计算单元，用于根据所述无人机的目标姿态角以及由所述无人机当前姿态解算得到的姿态角，计算获得姿态角误差；姿态角速度误差计算单元，用于根据所述姿态角误差获得目标角速度，并根据所述目标角速度以及由所述无人机当前姿态解算得到的角速度，计算获得姿态角速度误差；以及，获取单元，用于根据所述姿态角速度误差获得所述目标控制力矩。进一步地，所述辨识模块具体包括：第一辨识单元，用于基于俯仰角方向的总力矩、俯仰角速度、滚转角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩；第二辨识单元，用于基于滚转角方向的总力矩、滚转角速度、俯仰角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述滚转角方向上所需的补偿力矩；以及，第三辨识单元，用于基于偏航角方向的总力矩、偏航角加速度、滚转角速度和俯仰角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述偏航角方向上所需的补偿力矩。进一步地，所述第一辨识单元具体包括：方程获取子单元，用于获取所述无人机俯仰角方向的力矩平衡方程其中，Mx为无人机俯仰角方向的总力矩，为滚转角加速度，为俯仰角速度，为偏航角速度，Ixx、Iyy、Izz为无人机的转动惯量，为俯仰角方向的补偿力矩；设定子单元，用于设线性方程组Ax＝b，则A(k,:)x＝bk,其中，k＝1,2,…n，A(k,:)＝[ak1,ak2,…,akn]，x＝[x1,x2,…,xn]T；以及，辨识子单元，用于令b＝Mx，采用递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩所述递推最小二乘法为：xk+1＝xk+Qk[bk-A(k,:)xk]，k＝1,2,…,n；Pk+1＝[I-QkA(k,:)]Pk；其中，随机产生初始权值向量x0＝rand(n,1)，设P0＝αI∈Rn×n，α＝106～1010，I∈Rn×n是单位矩阵。进一步地，所述分配模块具体用于：基于所述无人机的重量、转动惯量以及电机到质量中心的臂长，依次将所述俯仰角方向的补偿力矩、所述滚转角方向的补偿力矩、所述偏航角方向的补偿力矩分配给所述四个电机，以调整所述四个电机的转速，使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在无人机重心偏移后，采用递推最小二乘法对无人机所需的补偿力矩进行准确辨识，并将辨识得到补偿力矩添加回目标控制力矩进行补偿控制，以便将补偿后的力矩分配给无人机的四个电机，使无人机达到目标姿态，从而有效提升无人机的动态性能和抗干扰能力，进而提升用户的飞行体验。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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的附图。图1是本专利技术实施例一提供的无人机重心偏移的补偿方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例一提供的无人机重心偏移的补偿方法中的补偿原理图；图3是本专利技术实施例一提供的无人机重心偏移的补偿方法中添加附加力矩后的俯仰角输出波形图；图4是本专利技术实施例一提供的无人机重心偏移的补偿方法中补偿控制后的俯仰角输出波形图；图5是本专利技术实施例一中无人机实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机重心偏移的补偿方法，其特征在于，包括：获取无人机的目标控制力矩；获取所述无人机由重心偏移得到的附加力矩；采用递推最小二乘法辨识出所述无人机所需的补偿力矩；将所述附加力矩和所述补偿力矩添加到所述目标控制力矩中进行补偿控制；将补偿后的力矩分配给四个电机，以使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。

【技术特征摘要】
1.一种无人机重心偏移的补偿方法，其特征在于，包括：获取无人机的目标控制力矩；获取所述无人机由重心偏移得到的附加力矩；采用递推最小二乘法辨识出所述无人机所需的补偿力矩；将所述附加力矩和所述补偿力矩添加到所述目标控制力矩中进行补偿控制；将补偿后的力矩分配给四个电机，以使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。2.如权利要求1所述的无人机重心偏移的补偿方法，其特征在于，所述获取无人机的目标控制力矩，具体包括：根据所述无人机的目标姿态角以及由所述无人机当前姿态解算得到的姿态角，计算获得姿态角误差；根据所述姿态角误差获得目标角速度，并根据所述目标角速度以及由所述无人机当前姿态解算得到的角速度，计算获得姿态角速度误差；根据所述姿态角速度误差获得所述目标控制力矩。3.如权利要求1所述的无人机重心偏移的补偿方法，其特征在于，所述采用递推最小二乘法辨识出所述无人机所需的补偿力矩，具体包括：基于俯仰角方向的总力矩、俯仰角速度、滚转角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩；基于滚转角方向的总力矩、滚转角速度、俯仰角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述滚转角方向上所需的补偿力矩；基于偏航角方向的总力矩、偏航角加速度、滚转角速度和俯仰角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述偏航角方向上所需的补偿力矩。4.如权利要求3所述的无人机重心偏移的补偿方法，其特征在于，所述基于俯仰角方向的总力矩、俯仰角速度、滚转角加速度和偏航角速度，采用所述递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩，具体包括：获取所述无人机俯仰角方向的力矩平衡方程其中，Mx为无人机俯仰角方向的总力矩，为滚转角加速度，为俯仰角速度，为偏航角速度，Ixx、Iyy、Izz为无人机的转动惯量，为俯仰角方向的补偿力矩；设线性方程组Ax＝b，则A(k,:)x＝bk,其中，k＝1,2,…n，A(k,:)＝[ak1,ak2,…,akn]，x＝[x1,x2,…,xn]T；令b＝Mx，采用递推最小二乘法辨识出所述无人机在所述俯仰角方向上所需的补偿力矩所述递推最小二乘法为：xk+1＝xk+Qk[bk-A(k,:)xk]，k＝1,2,…,n；Pk+1＝[I-QkA(k,:)]Pk；其中，随机产生初始权值向量x0＝rand(n,1)，设P0＝αI∈Rn×n，α＝106～1010，I∈Rn×n是单位矩阵。5.如权利要求3所述的无人机重心偏移的补偿方法，其特征在于，所述将补偿后的力矩分配给四个电机，以使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态，具体包括：基于所述无人机的重量、转动惯量以及电机到质量中心的臂长，依次将所述俯仰角方向的补偿力矩、所述滚转角方向的补偿力矩、所述偏航角方向的补偿力矩分配给所述四个电机，以调整所述四个电机的转速，使所述四个电机驱动所述无人机达到目标姿态。6.一种无人机...

【专利技术属性】
技术研发人员：康腾，黄涛，刘国良，费鹏，
申请(专利权)人：深圳禾苗通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44