【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及旋翼无人机领域，具体涉及一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统。
技术介绍
1、传统的旋翼无人机单轴动力系统主要包括电子调速器、直流无刷电机和螺旋桨：电子调速器接收无人机飞行控制系统计算输出的期望升力脉宽信号，驱动直流无刷电机以合适的转速带动固连在电机旋转轴上的螺旋桨旋转，从而产生相应的升力。可见，因缺乏直接的升力传感器，传统的旋翼无人机动力系统只能以电机转速为被控对象进行闭环控制，但直接影响旋翼无人机空中状态的是作用在无人机系统上的力和力矩，也即各轴动力系统的升力输出。根据主流的叶素理论，螺旋桨(电机)转速与产生的升力之间存在一定的数值映射关系，可以依据飞行控制器输出的期望升力粗略计算出电机的期望转速。这也是传统旋翼无人机能够以电机转速闭环的形式实现空中基本飞行能力的原因和方式。
2、然而，螺旋桨转速与升力之间是复杂的空气动力学关系，这种关系会随着桨周边空气流动状态、桨叶旋转过程产生的形变等不可完全预知的因素而变化，这些实时存在的变化将导致按照预定固有关系计算出的电机期望转速，无法准确地产生飞行控制器计算出的期望升力。通常情况下，这个升力偏差的大小是可以被无人机系统接受的，但在大风、高机动飞行等特殊场景下，升力偏差将变得很大，会显著影响到动力系统输出力的响应速度和执行准确率，从而影响旋翼无人机系统的机动性和稳定性。
3、该方法中通过加装力传感器对动力系统输出升力进行直接测量，并设计具有高精度控制效果的控制器对升力进行闭环控制是提升旋翼无人机动力系统输出升力快速准确性的关键。因此可以说，设计一
技术实现思路
1、本专利技术技术所解决的问题是：针对现有传统旋翼无人机动力系统转速闭环控制方法的不足，提出一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，解决了旋翼无人机动力系统依靠电机转速闭环导致输出升力存在偏差的问题。
2、本专利技术技术的解决方案为：一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，包括：
3、反馈信号获取模块，用于通过在旋翼无人机动力系统设置的力传感器直接测量，获取升力信息进行数据预处理，作为力闭环控制的反馈信号；
4、力闭环控制模块，用于根据力闭环控制的反馈信号，通过旋翼无人机动力装置的控制器，控制旋翼无人机动力装置以实现升力的闭环控制；
5、旋翼无人机动力装置，用于根据控制器的控制量控制旋翼无人机执行机构动作。
6、所述力传感器安装在动力电机与电机安装座之间，具体为：力传感器固定面固连在机身架电机安装座上，将力传感器受力面固连在直流无刷电机上，力传感器与动力电机同心安装。
7、所述力传感器满足以下条件：
8、力传感器的量程大于旋翼无人机动力系统的极限升力；
9、力传感器的安装尺寸符合设定要求；
10、力传感器的综合误差、测量带宽和温度均在设定范围内；
11、所述力传感器为单轴拉扭力传感器、六维力传感器中的一种。
12、一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法，以旋翼无人机的单轴动力装置作为被控对象，实时获取旋翼产生的升力构成力反馈闭环控制，包括以下步骤：
13、通过在旋翼无人机动力装置设置的力传感器直接测量，获取升力信息进行数据预处理，作为力闭环控制的反馈信号；
14、根据力闭环控制的反馈信号，通过旋翼无人机动力装置的控制器，实现升力的闭环控制。
15、所述预处理，包括以下步骤：
16、通过高斯滤波器对力传感器的输出信号进行滤波预处理，以滤掉30hz以上的高频噪声信号；
17、再经过卡尔曼滤波器消减低频段白噪声。
18、所述根据力闭环控制的反馈信号，通过旋翼无人机动力装置的控制器，实现升力的闭环控制，包括以下步骤：
19、根据力闭环的反馈信号，将飞行控制器输出的期望升力与力反馈信号作差得到升力偏差，根据升力偏差通过力反馈控制器，实现升力的闭环控制。
20、一种基于升力反馈的旋翼无人机控制装置，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法。
21、一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
23、1)升力是最直接影响旋翼无人机系统性能的作用量，升力闭环比基于电机转速控制更直接更快速；
24、2)对升力进行闭环控制，可以弥补电机转速闭环控制性能欠佳的缺陷；
25、3)滤除噪声扰动后的升力信号在进行闭环控制时具有更高精度，进一步提升动力系统升力输出的准确性。
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1.一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，所述力传感器安装在动力电机与电机安装座之间，具体为：力传感器固定面固连在机身架电机安装座上，将力传感器受力面固连在直流无刷电机上，力传感器与动力电机同心安装。
3.根据权利要求1所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，所述力传感器满足以下条件：
4.根据权利要求1所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，所述力传感器为单轴拉扭力传感器、六维力传感器中的一种。
5.一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法，其特征在于，以旋翼无人机的单轴动力装置作为被控对象，实时获取旋翼产生的升力构成力反馈闭环控制，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述预处理，包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述根据力闭环控制的反馈信号，通过旋翼无人机动力装置的控制器，实现
8.一种基于升力反馈的旋翼无人机控制装置，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，所述力传感器安装在动力电机与电机安装座之间，具体为：力传感器固定面固连在机身架电机安装座上，将力传感器受力面固连在直流无刷电机上，力传感器与动力电机同心安装。
3.根据权利要求1所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，所述力传感器满足以下条件：
4.根据权利要求1所述的一种基于升力反馈的旋翼无人机动力系统，其特征在于，所述力传感器为单轴拉扭力传感器、六维力传感器中的一种。
5.一种基于升力反馈的旋翼无人机控制方法，其特征在于，以旋翼无人机的单轴动力装置作为被控对象，实时获取旋翼产生的升力构成力反馈闭环控制，包括以下步...
【专利技术属性】
技术研发人员：何玉庆，常彦春，杨丽英，李思梁，黄朝雄，孙淼，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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