操作致动器系统的方法、致动器系统和飞行器技术方案

提供了一种操作致动器系统的方法，该致动器系统包括多个致动器，特别是MAV

【技术实现步骤摘要】
操作致动器系统的方法、致动器系统和飞行器


[0001]本公开涉及一种操作致动器系统的方法，该致动器系统包括多个k,致动器，特别是MAV
‑
VTOL飞行器的各个推进单元。
[0002]本公开还涉及一种致动器系统，该致动器系统包括多个k,致动器，特别是MAV
‑
VTOL飞行器的各个推进单元。
[0003]本公开还涉及一种具有垂直起降(VTOL)能力的、为多致动器飞行器(MAV)形式的飞行器，该飞行器包括多个k,致动器，该致动器为用于使飞行器移动的推进单元的形式，并且该飞行器包括用于控制该致动器的飞行控制单元。

技术介绍

[0004]在过度确定的致动器系统中，例如为多致动器飞行器(MAV)形式的飞行器，存在通过使用由致动器系统或飞行器的(飞行)控制单元执行的分配算法来实现给定的任务(例如，给定飞行方向)的不同的可能性。给定的任务可以以不同的方式/部分分配给不同的致动器，这些致动器可以设计成MAV的各个推进单元。在本申请人提交的德国申请DE 10 2019 101 903.6中描述了一种这样做的方法。通常而言，实施分配算法以在最小化所有致动器命令的平方和(L
‑
2范数)(为了能效)的同时找到对给定任务的解决方案。
[0005]迄今为止，在现有技术中没有描述考虑最小化所有致动器的最大功率需求的分配方法。这也称为所有致动器的L
‑
无穷范数。在分配中最小化所述L
‑
无穷范数会导致在过度确定的系统中的多个致动器之间更好的功率分配。

技术实现思路

[0006]本公开的目的是提供一种方法、致动器系统和包括多个为推进单元形式的致动器的飞行器，其在降低最大需求命令功率的同时在致动器之间实现需求致动器命令功率的更好分配，从而在总能耗、成本、重量和/或尺寸方面对致动器系统的可能设计产生积极影响。
[0007]该目标是借助于具有本公开实施方式的特征的方法、借助于具有本公开实施方式的特征的致动器系统和借助于具有本公开实施方式的特征的飞行器来实现的。
[0008]在本公开其他实施方式中限定了有利的其他实施例。
[0009]根据本公开的第一方面，提供了一种操作致动器系统的方法，该致动器系统包括多个k,致动器，该致动器特别是MAV
‑
VTOL飞行器的各个推进单元，特别是电动致动器，其中，根据等式u＝D
‑1(W)u
p
通过使用加权分配矩阵D(W)，将用于控制致动器系统的期望控制命令分配给实际致动器命令其中D
‑1(W)是加权分配矩阵的逆，并且其中实际致动器命令u被应用于控制致动器，该方法包括：
[0010]a)根据实际致动器命令u确定特征值u
*
；
[0011]b)至少对于一些致动器，优选地对于所有致动器，确定相应致动器命令u
i
,i＝1,2,
……
,k与所述特征值u
*
的偏差e
i
,i＝1,2,
……
,k；
[0012]c)至少对于一些致动器，优选地对于所有致动器，根据该偏差e
i
的函数w
i
(e
i
),i＝1,2,
……
,k，确定给定致动器的权重w
i
,i＝1,2,
……
,k；以及
[0013]d)使用该权重w
i
来确定所述加权分配矩阵D(W)。
[0014]根据本公开的第二方面，提供了一种致动器系统，该致动器系统包括多个k,致动器，该致动器特别是MAV
‑
VTOL飞行器的各个推进单元，特别是电动致动器，并且该致动器系统包括用于使用期望控制命令控制该致动器系统的控制单元，该期望控制命令由该控制单元根据等式u＝D
‑1(W)u
p
通过使用加权分配矩阵D(W)而分配给实际致动器命令其中D
‑1(W)是加权分配矩阵的逆，并且其中该实际致动器命令u由该控制单元应用于致动器，该控制单元适用于实现以下操作：
[0015]a)根据实际致动器命令u确定特征值u
*
；
[0016]b)至少对于一些致动器，优选地对于所有致动器，确定相应致动器命令u
i
,i＝1,2,
……
,k与所述特征值u
*
的偏差e
i
,i＝1,2,
……
,k；
[0017]c)至少对于一些致动器，优选地对于所有致动器，根据所述偏差e
i
的函数w
i
(e
i
),i＝1,2,
……
,k，确定给定致动器的权重w
i
,i＝1,2,
……
,k；以及
[0018]d)使用该权重w
i
来确定所述加权分配矩阵D(W)。
[0019]根据本公开的第三方面，提供了一种具有垂直起降(VTOL)能力的、为多致动器飞行器(MAV)形式的飞行器，该飞行器包括多个k,致动器，该致动器为用于使飞行器移动的推进单元的形式，并且该飞行器包括用于使用期望控制命令控制致动器的飞行控制单元，该期望控制命令由所述飞行控制单元根据等式u＝D
‑1(W)u
p
通过使用加权分配矩阵D(W)而分配给实际致动器命令其中D
‑1(W)是加权分配矩阵的逆，并且其中该实际致动器命令u由控制单元应用至致动器，该飞行控制单元适用于实现以下操作：
[0020]a)根据实际致动器命令u确定特征值u
*
；
[0021]b)至少对于一些致动器，优选地对于所有致动器，确定相应致动器命令u
i
,i＝1,2,
……
,k与所述特征值u
*
的偏差e
i
,i＝1,2,
……
,k；
[0022]c)至少对于一些致动器，优选地对于所有致动器，根据所述偏差e
i
的函数w
i
(e
i
),i＝1,2,
……
,k，确定给定致动器的权重w
i
,i＝1,2,
……
,k；以及
[0023]d)使用该权重w
i
来确定所述加权分配矩阵D(W)。
[0024]如果致动器系统是过度确定的，那么在解决给定任务的同时，仍然可以使所有致动器的L
‑
2范数最小化，以使加权分配算法中的能耗最小。为每个致动器分配权重用于使致动器命令的L
‑
无穷范数最小化，使得所有致动器的最大控制需求降低。
[0025]现在将进一步详细说明作为本公开基础的基本物理和数学考虑：
[0026]在本说明书中，“多致动器飞行器(MA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种操作致动器系统(1)的方法，所述致动器系统(1)包括多个k，致动器(2)，所述致动器(2)特别是MAV
‑
VTOL飞行器(10)的各个推进单元，特别是电动致动器，其中根据等式u＝D
‑1(W)u
p
通过使用加权分配矩阵D(W)，将用于控制所述致动器系统(1)的期望控制命令分配给实际致动器命令其中，D
‑1(W)是所述加权分配矩阵的逆，并且其中，所述实际致动器命令u被应用于控制所述致动器(2)，所述方法包括：a)根据所述实际致动器命令u确定特征值u
*
；b)至少对于一些所述致动器(2)，优选地对于所有致动器(2)，确定相应致动器命令u
i
，i＝1，2，......，k与所述特征值u
*
的偏差e
i
，i＝1，2，......，k；c)至少对于一些所述致动器(2)，优选地对于所有致动器(2)，根据所述偏差e
i
的函数w
i
(e
i
)，i＝1，2，......，k，确定给定致动器(2)的权重w
i
，i＝1，2，......，k；以及d)使用所述权重w
i
来确定所述加权分配矩阵D(W)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征值u
*
是全部所述致动器命令u的平均值，即，u
*
＝u
mean
＝mean(u)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述偏差e
i
是通过下式确定的归一化偏差：其中，u
max
是所述致动器命令u的最大值，u
min
是所述致动器命令u的最小值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，如果对应的偏差e
i
大于零，即e
i
＞0，则计算权重w
i
。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，如果对应的偏差e
i
等于或小于零，即e
i
≤0，则将权重w
i
设置为默认值，特别是w
i
＝1。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，针对对应偏差e
i
的值的增加，减小权重w
i
。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在给定时间确定的所述权重w
i
用于在所述方法的后续迭代步骤期间求解等式u＝D
‑1(W)u
p
。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，通过使用加权函数来确定w
i
(e
i
)，所述加权函数优选为：a)sigmoid函数，e
x
是欧拉指数；b)多项式函数，w
i
＝∑
j
a
j
e
ij
；或者c)指数函数，1
‑
1/e
iγ
。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述加权函数是低通滤波的，优选根据下式进行低通滤波：w
i
＝(1
‑
σ)w
i
+σw
iprev
，其中σ＜1，例如σ＝0.99，其中，prev表示操作方法中来自先前迭代步骤的先前的、优...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：沃科波特有限公司，
类型：发明
国别省市：