无人机动力控制系统及无人机动力控制方法与流程

本发明涉及无人机控制，尤其涉及一种无人机动力控制系统及无人机动力控制方法。

背景技术：

1、在当前的无人机动力控制系统中，尤其是中大功率的多旋翼、复合翼等平台，普遍采用一种飞行控制系统（又称飞控系统）与多个动力单元直连的扁平化拓扑结构。具体而言，飞控系统通过低速总线分别与每一个独立电机控制器（motor controller unit，又称mcu）以及电池管理系统（battery management system，又称bms）建立点对点或共享总线通信。飞控系统负责直接向各mcu下发油门指令，并轮询采集各bms及mcu的状态数据。

2、然而，飞控系统除了需要完成导航解算、姿态控制、环境感知、任务规划等核心飞行任务外，还需承担诸多动力系统层面的底层管理工作，这些动力相关任务占据了飞控大量的计算资源与总线带宽，加剧了飞控的实时调度负担，当前架构中飞控系统与动力系统之间功能高度耦合，导致飞控系统的实时调度压力过大。

3、因此，如何降低飞控系统与动力系统之间的功能耦合度，减轻飞控系统的实时调度压力，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种无人机动力控制系统及无人机动力控制方法，实现了降低飞控系统与动力系统之间的功能耦合度，减轻了飞控系统的实时调度压力。

2、本发明提供一种无人机动力控制系统，所述系统包括：飞行控制系统，无人机电推进域控制器，所述无人机电推进域控制器至少包括通信单元，其中，所述通信单元包括第一通信线束和多个第二通信线束，所述第一通信线束用于通信连接所述飞行控制系统和所述无人机电推进域控制器，各所述第二通信线束用于分别通信连接所述无人机电推进域控制器和各动力单元；多个所述动力单元，所述动力单元包括无人机系统中的多个电机控制器、电池管理系统以及电源分配单元，其中，所述电机控制器与所述无人机系统中的电机连接，所述电池管理系统以及所述电源分配单元分别与所述无人机系统中的电源连接。

3、根据本发明提供的一种无人机动力控制系统，所述无人机电推进域控制器还包括主控单元，其中，所述飞行控制系统用于基于所述第一通信线束向所述无人机电推进域控制器下发所述无人机系统运行的推力指令；所述无人机电推进域控制器用于基于多个所述第二通信线束接收所述无人机系统在运行过程中所述动力单元上报的实时运行数据，以及调用所述主控单元基于所述实时运行数据判断所述动力单元的健康状态，并基于所述推力指令、所述动力单元的健康状态确定各电机的目标推力指令，以及将所述目标推力指令下发至各电机；所述电机通过所述第二通信线束接收所述目标推力指令，并按照所述目标推力指令进行运行。

4、根据本发明提供的一种无人机动力控制系统，所述动力单元的健康状态至少包括电机健康状态和电源健康状态；所述主控单元采用以下方式实现基于所述推力指令、所述动力单元的健康状态确定各电机的目标推力指令：基于所述电机健康状态，确定所述电机的第一运行功率上限；基于所述电源健康状态，确定所述电源的第二运行功率上限；在所述电机满足所述第一运行功率上限且所述电源满足所述第二运行功率上限的情况下，基于所述推力指令，确定各所述电机的目标推力；基于各所述电机的目标推力，生成各所述电机的目标推力指令。

5、根据本发明提供的一种无人机动力控制系统，所述主控单元采用以下方式实现在所述电机满足所述第一运行功率上限且所述电源满足所述第二运行功率上限的情况下，基于所述推力指令，确定各所述电机的目标推力：响应于电机健康状态为电机已失效状态，将与所述电机健康状态相对应的电机作为失效电机；在所述电机满足所述第一运行功率上限且所述电源满足所述第二运行功率上限的情况下，基于所述推力指令，确定有效电机的目标推力，其中，所述有效电机为除所述失效电机之外的其他电机；所述基于各所述电机的目标推力，生成各所述电机的目标推力指令，采用以下方式实现：基于各所述有效电机的目标推力，生成各所述有效电机的目标推力指令。

6、根据本发明提供的一种无人机动力控制系统，所述无人机电推进域控制器还包括存储单元，其中，所述存储单元存储有所述无人机系统于在先时段运行过程中所述动力单元上报的在先运行数据；所述主控单元采用以下方式实现基于所述实时运行数据判断所述动力单元的健康状态：调用预先训练得到的健康状态判断模型，其中，所述健康状态判断模型通过训练数据集预先训练得到，所述健康状态判断模型用于基于实时运行数据确定所述动力单元的健康状态；所述训练数据集基于所述在先运行数据构建；将所述实时运行数据输入至训练好的健康状态判断模型，得到所述健康状态判断模型输出的所述动力单元的健康状态。

7、根据本发明提供的一种无人机动力控制系统，所述主控单元还用于：响应于所述动力单元的健康状态不满足预设要求，向用户发起告警提醒，其中，所述告警提醒用于提示用户所述动力单元的健康状态存在异常。

8、根据本发明提供的一种无人机动力控制系统，所述无人机电推进域控制器还包括同步信号模块；所述无人机电推进域控制器采用以下方式将所述目标推力指令下发至各电机：基于所述同步信号模块，将所述目标推力指令同步下发至各电机。

9、根据本发明提供的一种无人机动力控制系统，所述存储单元还用于：存储所述无人机系统在运行过程中所述动力单元上报的实时运行数据，并将所述实时运行数据作为在后时段运行过程中所述动力单元的在先运行数据。

10、本发明还提供一种无人机动力控制方法，所述方法应用于任意一项所述的无人机动力控制系统，所述方法包括：接收无人机系统运行的推力指令；获取所述无人机系统在运行过程中动力单元的实时运行数据；基于所述实时运行数据判断所述动力单元的健康状态；基于所述推力指令、所述动力单元的健康状态确定各电机的目标推力指令；控制电机按照所述目标推力指令进行运行。

11、根据本发明提供的一种无人机动力控制方法，所述动力单元的健康状态至少包括电机健康状态和电源健康状态；所述基于所述推力指令、所述动力单元的健康状态确定各电机的目标推力指令，包括：基于所述电机健康状态，确定电机的第一运行功率上限；基于所述电源健康状态，确定电源的第二运行功率上限；在所述电机满足所述第一运行功率上限且所述电源满足所述第二运行功率上限的情况下，基于所述推力指令，确定各所述电机的目标推力；基于各所述电机的目标推力，生成各所述电机的目标推力指令。

12、根据本发明提供的一种无人机动力控制方法，基于所述实时运行数据判断所述动力单元的健康状态，采用以下方式实现：

13、调用预先训练得到的健康状态判断模型，其中，所述健康状态判断模型通过训练数据集预先训练得到，所述健康状态判断模型用于基于实时运行数据确定所述动力单元的健康状态；所述训练数据集基于所述在先运行数据构建；

14、将所述实时运行数据输入至训练好的健康状态判断模型，得到所述健康状态判断模型输出的所述动力单元的健康状态。

15、根据本发明提供的一种无人机动力控制方法，所述方法还包括：

16、响应于所述动力单元的健康状态不满足预设要求，向用户发起告警提醒，其中，所述告警提醒用于提示用户所述动力单元的健康状态存在异常。

17、根据本发明提供的一种无人机动力控制方法，所述方法还包括：

18、存储所述无人机系统在运行过程中所述动力单元上报的实时运行数据，并将所述实时运行数据作为在后时段运行过程中所述动力单元的在先运行数据。

19、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述无人机动力控制方法。

20、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述无人机动力控制方法。

21、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述无人机动力控制方法。

22、本发明提供的一种无人机动力控制系统及无人机动力控制方法，所述系统包括：飞行控制系统、无人机电推进域控制器，以及多个所述动力单元。所述无人机电推进域控制器至少包括通信单元，其中，所述通信单元包括第一通信线束和多个第二通信线束，所述第一通信线束用于通信连接所述飞行控制系统和所述无人机电推进域控制器，各所述第二通信线束用于分别通信连接所述无人机电推进域控制器和各动力单元；所述动力单元包括无人机系统中的多个电机控制器、电池管理系统以及电源分配单元，其中，所述电机控制器与所述无人机系统中的电机连接，所述电池管理系统以及所述电源分配单元分别与所述无人机系统中的电源连接。通过本发明降低了飞控系统与动力系统之间的功能耦合度，减轻了飞控系统的实时调度压力。