【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人飞行器测试，具体为一种无人机的横滚姿态稳定系统。
技术介绍
1、近年来，复合翼无人机得到广泛关注和应用，此种机型通过四组桨叶的转动实现垂起升空，利用推进桨改平飞；因此，复合翼无人机同时具备四旋翼无人机垂直起降和固定翼无人机长航时的优势。由于复合翼的推进桨独立于垂起桨叶运动，且比单个垂起桨叶产生的动力更大，进而在推进桨启动或快速变速过程中造成不可忽视的反作用力矩。这种反作用力矩会使得复合翼无人机产生不必要的横滚运动，传统方法通过多个垂起桨叶的姿态控制环路进行抵消，代价在于减小了复合翼无人机的横滚稳定区，实用性差。因此，设计姿态控制便利和实用性强的一种无人机的横滚姿态稳定系统是很有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种无人机的横滚姿态稳定系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种无人机的横滚姿态稳定系统，包括数据采集模组、横滚姿态稳定分析模块和姿态调整与校准模块，所述数据采集模块用于采集无人机飞行时姿态相关数据，所述横滚姿态稳定分析模块用于分析计算无人机飞行过程中的受力情况以及达到横滚姿态稳定所需控制的力矩数据，所述姿态调整与校准模块用于基于分析数据，对无人起垂起桨的转速进行调整以及校准异常输出值，所述数据采集模组与横滚姿态稳定分析模块电连接，所述横滚姿态稳定分析模块与姿态调整与校准模块电连接。
3、根据上述技术方案，所述数据采集模块包括三维力矩传感器、y+压力传感器、y
4、根据上述技术方案，所述横滚姿态稳定分析模块包括反作用力矩计算模块、无人机受力计算模块和抵消力矩计算模块，所述反作用力矩计算模块用于根据推进桨的当前状态分析计算推进桨在当前状态下产生的反作用力矩值，所述无人机受力计算模块用于基于采集数据和分析计算的产生的反作用力矩值计算出无人机的总力矩，所述抵消力矩计算模块用于根据无人机的几何参数计算出无人机需要提供的抵消力矩。
5、根据上述技术方案，所述姿态调整与校准模块包括输出控制模块和异常校准模块，所述输出控制模块用于将计算出的抵消力矩值传递给垂起桨的转速控制系统，以实现对推进桨反作用力矩的抵消，所述异常校准模块用于校正系统对无人机输出的异常作用力矩。
6、根据上述技术方案，所述无人机的横滚姿态稳定系统运行方法包括以下步骤：
7、步骤s1：当无人机启动后，系统控制数据采集模组启动运行，实时采集和获取无人机参数和飞行数据；
8、步骤s2：根据获取到的无人机推进桨当前状态，选择相应推进桨的反作用力矩特性k；
9、步骤s3：使用所选的反作用力矩特性，计算推进桨在当前状态下产生的反作用力矩值；
10、步骤s4：根据无人机的几何参数和垂起桨叶的力臂，计算垂起桨叶需要提供的抵消力矩；
11、步骤s5：将抵消力矩值用于垂起桨的输出控制模块，以实现对推进桨反作用力矩的抵消。
12、根据上述技术方案，所述步骤s1进一步包括：
13、步骤s11：使用三维力矩传感器实时测量无人机飞行过程中产生的中心力矩；
14、步骤s12：利用对称部署在无人机两侧机翼上的y+压力传感器、y-压力传感器分别测量感应两端产生的应力；
15、步骤s13：转速采集模块采集无人机推进桨转速r，并同时获取无人机的质心到垂起桨的距离d、垂起桨叶的力臂l；
16、步骤s14：建立反作用力矩特性数据库，将各无人机推进剂对应的推进桨的反作用力矩特性录入数据库中。
17、根据上述技术方案，所述步骤s3中推进桨产生的反作用力矩计算公式为：
18、；
19、其中k是当前推进桨的特性关联的常数值，r为推进桨当前转速值；
20、由式中可知推进桨在不同转速下产生的力矩与转速的平方成正比。
21、根据上述技术方案，所述步骤s4包括以下步骤：
22、步骤s41：实时调取y+压力传感器和y-压力传感器的压力数据；
23、步骤s42：分别计算y+压力传感器和y-压力传感器的压力值对应产生的力矩：、；
24、其中，y+压力传感器以及y-压力传感器分别用于测量飞行过程中无人机两端产生的应力；分别为y+压力传感器和y-压力传感器测得的压力数值；分别为y+压力传感器和y-压力传感器的对应在压力值情况下对应产生的力矩值；
25、步骤s43：进而传感器测得的距离数据；其中c表示y轴上的力矩大小和方向，作为横滚姿态稳定系统中的一个输入，用于计算需要由垂起桨叶提供的抵消力矩。
26、根据上述技术方案，所述步骤s4进一步包括以下步骤：
27、步骤s4a：无人机受力计算模块通过公式：；计算得到无人机当前受到的总力矩s；
28、步骤s4b：抵消力矩计算模块通过公式：；分析计算得到垂起桨叶需要提供的抵消力矩e，式中q为无人机期望的横滚稳定力矩值，由系统控制算法指定的目标值。
29、根据上述技术方案，所述步骤s5还包括以下步骤：
30、步骤s51：输出控制模块实时控制各垂起桨分配转速，实时达到为抵消推进桨反作用力矩过程中垂起桨叶需要提供的合力矩；
31、步骤s52：系统控制垂起桨姿态调整过程中，三维力矩传感器实时测量无人机飞行过程中产生的中心力矩，并与系统预设稳定的横滚姿态区间进行核对，当超出期间值时，中止系统本次质量输出，并发送异常数据报告。
32、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术，通过预先将推进桨在各种情况下产生的反作用力矩进行测量，并据此计算为抵消反作用力矩垂起桨叶在横滚方向上需要行程的拉力差。在推进桨启动、加减速过程中，直接将拉力差赋值给垂起桨叶的转速控制系统，进而无需无人机姿态控制环路的介入，保证无人机横滚姿态的稳定区不受影响。
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1.一种无人机的横滚姿态稳定系统，包括数据采集模组、横滚姿态稳定分析模块和姿态调整与校准模块，其特征在于：所述数据采集模块用于采集无人机飞行时姿态相关数据，所述横滚姿态稳定分析模块用于分析计算无人机飞行过程中的受力情况以及达到横滚姿态稳定所需控制的力矩数据，所述姿态调整与校准模块用于基于分析数据，对无人起垂起桨的转速进行调整以及校准异常输出值，所述数据采集模组与横滚姿态稳定分析模块电连接，所述横滚姿态稳定分析模块与姿态调整与校准模块电连接；
2.根据权利要求1所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述横滚姿态稳定分析模块包括反作用力矩计算模块、无人机受力计算模块和抵消力矩计算模块，所述反作用力矩计算模块用于根据推进桨的当前状态分析计算推进桨在当前状态下产生的反作用力矩值，所述无人机受力计算模块用于基于采集数据和分析计算的产生的反作用力矩值计算出无人机的总力矩，所述抵消力矩计算模块用于根据无人机的几何参数计算出无人机需要提供的抵消力矩。
3.根据权利要求2所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述姿态调整与校准模块包括输出控制模块和异常校
4.根据权利要求3所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述无人机的横滚姿态稳定系统运行方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述步骤S1进一步包括：
6.根据权利要求5所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述步骤S3中推进桨产生的反作用力矩计算公式为：
7.根据权利要求6所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述步骤S4包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述步骤S4进一步包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述步骤S5还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种无人机的横滚姿态稳定系统，包括数据采集模组、横滚姿态稳定分析模块和姿态调整与校准模块，其特征在于：所述数据采集模块用于采集无人机飞行时姿态相关数据，所述横滚姿态稳定分析模块用于分析计算无人机飞行过程中的受力情况以及达到横滚姿态稳定所需控制的力矩数据，所述姿态调整与校准模块用于基于分析数据，对无人起垂起桨的转速进行调整以及校准异常输出值，所述数据采集模组与横滚姿态稳定分析模块电连接，所述横滚姿态稳定分析模块与姿态调整与校准模块电连接；
2.根据权利要求1所述的一种无人机的横滚姿态稳定系统，其特征在于：所述横滚姿态稳定分析模块包括反作用力矩计算模块、无人机受力计算模块和抵消力矩计算模块，所述反作用力矩计算模块用于根据推进桨的当前状态分析计算推进桨在当前状态下产生的反作用力矩值，所述无人机受力计算模块用于基于采集数据和分析计算的产生的反作用力矩值计算出无人机的总力矩，所述抵消力矩计算模块用于根据无人机的几何参数计算出无人机需要提供的抵消力矩。
3.根据权利要求2所述的一种无人机的横滚姿...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘小龙，关宇威，沈天航，周润松，邰彦皓，董紫霞，李沭莹，贾志涛，
申请(专利权)人：常州丰飞智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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