一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法及相关装置制造方法及图纸

本申请公开了一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法，该方法包括获取目标角度信号，由目标角度信号，经过自抗扰控制处理后生成输出电压信号和输出角度信号；利用目标角度信号，对参与自抗扰控制处理的前次待整定参数进行优化处理，以获得目标待整定参数，待整定参数为无人机姿态控制中的待整定参数，目标待整定参数为适应度值小于或等于第一预设阈值的待整定参数。通过上述方式，可以使得无人机姿态控制中的待整定参数实现自适应调整。本申请还提供一种无人机姿态控制系统、无人机及存储介质。

A Method and Related Device for Adjusting Unmanned Aerial Vehicle Attitude Control Parameters

This application discloses a method for adjusting the parameters to be tuned in the attitude control of UAV. The method includes acquiring the angle signal of the target, generating the output voltage signal and the output angle signal after the auto-disturbance rejection control processing from the angle signal of the target, and using the angle signal of the target, optimizing the previous parameters to be tuned to obtain the target to be tuned. The parameters to be tuned are the parameters to be tuned in UAV attitude control, and the parameters to be tuned are those whose fitness value is less than or equal to the first preset threshold. Through the above method, the unmanned aerial vehicle attitude control parameters can be adjusted adaptively. The application also provides an UAV attitude control system, an UAV and a storage medium.

【技术实现步骤摘要】
一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法及相关装置
本申请涉及无人机控制领域，特别是涉及一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法及相关装置。
技术介绍
随着四旋翼无人机的快速发展，四旋翼无人机在多个领域被广泛应用，如航拍摄影、气候检测，边境巡查等，而设计出可实现四旋翼无人机稳定飞行的控制器，具有较强的抗干扰能力，这是无人机领域需要解决的主要技术问题，但是在设计出具有较强抗干扰能力的无人机过程中，则遇到参数多，难调节等技术问题。
技术实现思路
本申请主要解决的技术问题是使得无人机姿态控制中待整定参数可实现自适应调整。为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法，所述方法包括：获取目标角度信号；由所述目标角度信号，经过自抗扰控制处理后生成输出电压信号和输出角度信号；利用所述目标角度信号、所述输出电压信号和所述输出角度信号，对参与所述自抗扰控制处理的前次待整定参数进行优化处理，以获得目标待整定参数，所述待整定参数为无人机姿态控制中待整定参数，所述目标待整定参数为适应度值小于或等于第一预设阈值的所述待整定参数；采用所述目标待整定参数进行当次自抗扰控制处理。为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是，提供一种无人机姿态控制系统，所述装置包括相互连接的处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储程序数据；所述处理器用于运行所述程序数据，以执行如上所述的调整无人机姿态控制中待整定参数方法。为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是，提供一种无人机，所述无人机包括：处理器、存储器和驱动电路，所述处理器分别与所述存储器和所述驱动电路连接；其中，所述存储器用于存储程序数据；所述处理器用于运行所述程序数据，以执行如权利要求1～8任一项所述的方法；所述驱动电路用于响应所述处理器指令以输出对应所述指令的输出角度信号，用于调整所述无人机的姿态。为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是，提供一种存储介质，所述存储介质存储有程序数据，所述程序数据被执行时实现如上所述的一种确定无人机姿态控制中待整定参数的方法。以上方案，通过基于获取目标角度信号，由目标角度信号，生成输出电压信号和输出角度信号，利用目标角度信号、输出电压信号和输出角度信号，对待整定参数进行优化处理，以获得目标待整定参数。其中，待整定参数为无人机姿态控制中待整定参数，目标待整定参数小于或等于第一预设阈值的待整定参数，实现在对无人机姿态控制过程中，可以实现自适应调整待整定参数。附图说明图1是本申请无人机控制系统一实施例中交互示意图；图2是本申请无人机一实施例结构示意图；图3是本申请提供的无人机中姿态控制系统控制结构示意图；图4是本申请一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法一实施例的流程示意图；图5是本申请一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法另一实施例的流程示意图；图6是本申请一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法又一实施例的流程示意图；图7为本申请一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法再一实施例中的流程示意图图8是本申请一实施例中APSO算法的收敛曲线示意图；图9是本申请一实施例中无人机的目标角度与实际测量无人机的角度之间匹配曲线图；图10是本申请一种无人机控制系统一实施例结构示意图；图11是本申请一种无人机一实施例中的结构示意图；图12是本申请一种存储介质一实施例的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。需要首先进行说明的是，本申请所提供的技术方案应用于控制四旋翼无人机上，下文将四旋翼无人机简称无人机。请参见图1，图1为本申请无人机控制系统一实施例中交互示意图，具体是四旋翼无人机控制系统10执行控制无人机姿态的交互示意图。在本申请所提供的技术方案中，对于无人机姿态的控制，首先自获取模块11中获取无人机的目标三维位置信息(xb，yb，zb)以及目标偏航角ψb，由位置控制模块12对无人机的位置信息进行处理转换，以求得无人机的目标横滚角φb和目标俯仰角θb。再将所求得的目标横滚角φb和目标俯仰角θb，及目标偏航角ψb输入至姿态控制模块13，分别求得姿态控制模块的控制量U2、U3和U4，进而与位置控制模块12中所求得的姿态控制模块的控制量U1输出至控制量转换模块14，以求得最终输出至无人机响应模块15的输出电压信号u，实现对无人机的姿态的控制。其中，用户可直接通过获取模块11或间接通过获取模块11输入无人机的位置信息及目标偏航角ψb，经过上述各个模块的处理后，无人机响应模块15可以在接收信号指令时，输出对应的响应指令以控制无人机的姿态。其中，获取模块11、位置控制模块12、姿态控制模块13、控制量转换模块14和无人机响应模块15均是无人机控制系统中处理器(图1未示)的逻辑结构的划分。请参见图2，图2为四旋翼无人机的结构示意图。图2中的无人机20的飞行姿态是由横滚角、俯仰角和偏航角((φ,θ,ψ))描述，无人机的位置是由(x，y，z)描述，根据牛顿-欧拉公式建立四旋翼无人机的动力学模型请参见下式(1)：对四旋翼无人机中的四个螺旋桨的控制量u如下式(2)：其中，m为四旋翼无人机的自身质量，l为转子到无人机中心点的距离，Ix、Iy和Iz分别为绕x、y和z轴旋转的转动惯量，Jr为惯性惯量，Ω(1,2,3,4)为转子的角速度，b为推力系数，d为阻力系数，u为输出电压信号，其中，带有两点的符号表示的是当前量的加速度，带有一个点的符号表示的是当前量的速度，如表示在x轴向上的加速度，表示是横滚角方向上角速度的加速度，表示的是俯仰角方向上的角速度，其他参数同上。进一步的，请参见图3，图3为无人机中的姿态控制模块控制结构示意图。具体地，图3所示是对给定的第一个目标航向角(即横滚角、俯仰角和偏航角((φ,θ,ψ))中任意一个)的控制过程示意图。首先，需要说明的是，图1中的姿态控制模块(ADRC)包括：安排过渡过程的跟踪微分器(TrackingDifferentiator,下文简称TD模块)，估计扰动的扩张状态观测器(ExtendedStateObserver,下文简称ESO模块)以及误差反馈控制律(NonlinearStateErrorFeedback,下文简称NL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标角度信号；由所述目标角度信号，经过自抗扰控制处理后生成输出电压信号和输出角度信号；利用所述目标角度信号、所述输出电压信号和所述输出角度信号，对参与所述自抗扰控制处理的前次待整定参数进行优化处理，以获得目标待整定参数，所述待整定参数为无人机姿态控制中待整定参数，所述目标待整定参数为适应度值小于或等于第一预设阈值的所述待整定参数；采用所述目标待整定参数进行当次自抗扰控制处理。

【技术特征摘要】
1.一种调整无人机姿态控制中待整定参数方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标角度信号；由所述目标角度信号，经过自抗扰控制处理后生成输出电压信号和输出角度信号；利用所述目标角度信号、所述输出电压信号和所述输出角度信号，对参与所述自抗扰控制处理的前次待整定参数进行优化处理，以获得目标待整定参数，所述待整定参数为无人机姿态控制中待整定参数，所述目标待整定参数为适应度值小于或等于第一预设阈值的所述待整定参数；采用所述目标待整定参数进行当次自抗扰控制处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述目标角度信号、所述输出电压信号和所述输出角度信号，对参与所述自抗扰控制处理的前次待整定参数进行优化处理之前，所述方法包括：调用适应度函数，并将所述目标角度信号、所述输出电压信号和所述输出角度信号作为所述适应度函数的输入，计算求得所述前次待整定参数的所述适应度值；判断所述适应度值是否大于所述第一预设阈值；当判断所述适应度值大于所述第一预设阈值时，执行对所述前次待整定参数进行所述优化处理的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调用适应度函数，并将所述目标角度信号、所述输出电压信号和所述输出角度信号作为所述适应度函数的输入，计算求得所述前次待整定参数的所述适应度值包括：求取所述目标角度信号和所述输出角度信号的差值，以获得第一误差信号；当所述第一误差信号大于零时，则基于公式a求取所述待整定参数的适应度值；或当所述第一误差信号小于或等于零时，则基于公式b求取所述待整定参数的适应度值；其中，所述公式a为f＝∫(w1*|e|*t+w2*u2+w3*|e|)dt，所述公式b为f＝∫(w1*|e|*t+w2*u2)dt，其中，所述f为所述前次待整定参数的适应度值，所述e为所述第一误差信号，所述u为所述输出电压信号，所述t为时间，所述w1,w2,w3均为惯性权重常数值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参与所述自抗扰控制处理的前次待整定参数进行优化处理包括：获取所述前次待整定参数对应的平均适应度值；调用参数调整函数，将所述前次待整定参数对应的适应度值和所述平均适应度值作为所述参数调整函数的输入，计算惯性...

【专利技术属性】
技术研发人员：周翊民，韩波，吕琴，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44