飞行器的容错控制方法、装置、飞行器及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术属于飞行器技术领域，公开了一种飞行器的容错控制法、装置、飞行器及存储介质。该方法包括：对电机失效时的转速过渡过程进行拟合，得到随时间变化的转速曲线；根据随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量；根据各控制通道对应的扰动量建立扩张状态观测器；基于扩张状态观测器对控制输入值进行补偿，生成目标控制量；根据控制分配矩阵对目标控制量进行控制分配。通过上述方式，考虑了电机失效的转速过渡过程中的扰动量，通过扩张状态观测器来补偿这一部分扰动，提升了飞行器控制的稳定性和准确性。提升了飞行器控制的稳定性和准确性。提升了飞行器控制的稳定性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
飞行器的容错控制方法、装置、飞行器及存储介质


[0001]本专利技术涉及飞行器
，尤其涉及一种飞行器的容错控制方法、装置、飞行器及存储介质。

技术介绍

[0002]飞行器在电机失效时，转速并不是瞬间降为0rpm，而是有一段转速缓慢减小的过程，而目前旋翼飞行器故障容错方法中直接认为失效后转速为0，并没有考虑电机转速的变化过程，影响飞行器控制的稳定性和准确性。
[0003]上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种飞行器的容错控制方法、装置、飞行器及存储介质，旨在解决目前旋翼飞行器故障容错方法中没有考虑电机转速的变化过程，影响飞行器控制的稳定性和准确性的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种飞行器的容错控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]对电机失效时的转速过渡过程进行拟合，得到随时间变化的转速曲线；
[0007]根据所述随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量；
[0008]根据各控制通道对应的所述扰动量建立扩张状态观测器；
[0009]基于所述扩张状态观测器对控制输入值进行补偿，生成目标控制量；
[0010]根据控制分配矩阵对所述目标控制量进行控制分配。
[0011]可选地，所述根据控制分配矩阵对所述目标控制量进行控制分配之前，所述方法还包括：
[0012]计算操纵效率矩阵；
[0013]根据预设权重矩阵和所述操纵效率矩阵计算控制分配矩阵。
[0014]可选地，所述计算操纵效率矩阵，包括：
[0015]确定电机失效的失效类型，所述失效类型包括上桨失效或下桨失效；
[0016]根据所述失效类型选择对应的矩阵模型；
[0017]确定单桨产生的升力与双桨产生的升力之间的线性比例系数；
[0018]将所述线性比例系数代入选中的所述矩阵模型，得到操纵效率矩阵。
[0019]可选地，所述根据所述随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量，包括：
[0020]根据电机最大转速、飞行器质量、桨的升力系数、同侧两桨之间的距离以及转动惯量确定各控制通道上的控制增益；
[0021]根据所述控制增益和所述随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上
产生的扰动量。
[0022]可选地，所述基于所述扩张状态观测器对控制输入值进行补偿，生成目标控制量之前，所述方法还包括：
[0023]建立各控制通道的系统模型；
[0024]根据角加速度限幅值对各控制通道的系统模型进行模型预测控制，生成满足约束条件的控制输入值。
[0025]可选地，所述根据角加速度限幅值对各控制通道的系统模型进行模型预测控制，生成满足约束条件的控制输入值，包括：
[0026]将角误差平方、角速率误差平方以及角加速度误差平方之和的最小化作为优化目标，根据角加速度限幅值对各控制通道的系统模型进行模型预测控制，生成满足约束条件的控制输入值。
[0027]可选地，所述对电机失效时的转速过渡过程进行拟合，得到随时间变化的转速曲线，包括：
[0028]获取电机失效时的当前转速；
[0029]基于二阶线性传递函数以所述当前转速为基础进行拟合，得到随时间变化的转速曲线。
[0030]此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种飞行器的容错控制装置，所述飞行器的容错控制装置包括：
[0031]拟合模块，用于对电机失效时的转速过渡过程进行拟合，得到随时间变化的转速曲线；
[0032]确定模块，用于根据所述随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量；
[0033]观测器建立模块，用于根据各控制通道对应的所述扰动量建立扩张状态观测器；
[0034]补偿模块，用于基于所述扩张状态观测器对控制输入值进行补偿，生成目标控制量；
[0035]控制模块，用于根据控制分配矩阵对所述目标控制量进行控制分配。
[0036]此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种飞行器，所述飞行器包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的飞行器的容错控制程序，所述飞行器的容错控制程序配置为实现如上文所述的飞行器的容错控制方法。
[0037]此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有飞行器的容错控制程序，所述飞行器的容错控制程序被处理器执行时实现如上文所述的飞行器的容错控制方法。
[0038]本专利技术通过对电机失效时的转速过渡过程进行拟合，得到随时间变化的转速曲线；根据随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量；根据各控制通道对应的扰动量建立扩张状态观测器；基于扩张状态观测器对控制输入值进行补偿，生成目标控制量；根据控制分配矩阵对目标控制量进行控制分配。通过上述方式，考虑了电机失效的转速过渡过程中的扰动量，通过扩张状态观测器来补偿这一部分扰动，提升了飞行器控制的稳定性和准确性。
附图说明
[0039]图1是本专利技术实施例方案涉及的硬件运行环境的飞行器的结构示意图；
[0040]图2为本专利技术飞行器的容错控制方法第一实施例的流程示意图；
[0041]图3为本专利技术飞行器的容错控制方法第一实施例的二阶拟合曲线图；
[0042]图4为本专利技术飞行器的容错控制方法第二实施例的流程示意图；
[0043]图5为本专利技术中四轴八桨飞行器的结构示意图；
[0044]图6为本专利技术飞行器的容错控制方法第三实施例的流程示意图；
[0045]图7为本专利技术一实例的控制器结构示意图；
[0046]图8为本专利技术飞行器的容错控制装置第一实施例的结构框图。
[0047]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0048]应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0049]参照图1，图1为本专利技术实施例方案涉及的硬件运行环境的飞行器结构示意图。
[0050]如图1所示，该飞行器可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(Wireless
‑
Fidelity，Wi
‑
Fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以是稳定的非易失性存储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器的容错控制方法，其特征在于，所述飞行器的容错控制方法包括：对电机失效时的转速过渡过程进行拟合，得到随时间变化的转速曲线；根据所述随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量；根据各控制通道对应的所述扰动量建立扩张状态观测器；基于所述扩张状态观测器对控制输入值进行补偿，生成目标控制量；根据控制分配矩阵对所述目标控制量进行控制分配。2.如权利要求1所述的飞行器的容错控制方法，其特征在于，所述根据控制分配矩阵对所述目标控制量进行控制分配之前，所述方法还包括：计算操纵效率矩阵；根据预设权重矩阵和所述操纵效率矩阵计算控制分配矩阵。3.如权利要求2所述的飞行器的容错控制方法，其特征在于，所述计算操纵效率矩阵，包括：确定电机失效的失效类型，所述失效类型包括上桨失效或下桨失效；根据所述失效类型选择对应的矩阵模型；确定单桨产生的升力与双桨产生的升力之间的线性比例系数；将所述线性比例系数代入选中的所述矩阵模型，得到操纵效率矩阵。4.如权利要求1所述的飞行器的容错控制方法，其特征在于，所述根据所述随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量，包括：根据电机最大转速、飞行器质量、桨的升力系数、同侧两桨之间的距离以及转动惯量确定各控制通道上的控制增益；根据所述控制增益和所述随时间变化的转速曲线确定电机失效在各控制通道上产生的扰动量。5.如权利要求1所述的飞行器的容错控制方法，其特征在于，所述基于所述扩张状态观测器对控制输入值进行补偿，生成目标控制量之前，所述方法还包括：建立各控制通道的系统模型；根据角加速度限幅值对各控制通道的系统模型进行模型预测控制，生成满足约束条件的控制输入值。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏江城，陶永康，沈阳，张均，王磊，周英，段鹏，杨贵志，刘浩，
申请(专利权)人：广东汇天航空航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：