一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法与流程

本发明属于航空器装备，具体涉及一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，用于交叉双旋翼、交错式双旋翼、同步啮合式双旋翼以及具有桨盘重叠区域的无人飞行平台。

背景技术：

1、交叉双旋翼无人机依靠两组旋翼交错排列协同产生升力。与传统多旋翼构型相比，该布局具有结构紧凑、升力效率较高、悬停性能优异等特点，特别适用于低空巡检、近壁面检测、吊挂运输、光伏清洁、风电叶片巡检及复杂环境作业等场景。

2、然而，由于两组旋翼的桨盘在空间上存在重叠或近距离交错区域，桨叶之间必须严格保持预设的相位关系。在实际运行中，电机转速波动、传动部件间隙、同步带打滑、传感器漂移、控制延迟或外界阵风扰动等因素，均可能导致两组桨叶的相位差偏离安全范围，从而引发桨叶干涉、碰撞或机体剧烈振动，严重时可造成飞行失稳甚至坠机。

3、当前，无人机安全控制研究多聚焦于姿态稳定、转速闭环管理、电池监控及故障返航等方面，对交叉双旋翼特有的桨叶相位同步安全问题关注不足。部分平台虽依赖机械同步传动机构以维持相位关系，但在长期运行中仍难以避免齿轮磨损、传动松弛、装配误差及动态载荷冲击等影响，单纯依靠机械结构无法满足实时诊断与容错控制的需求。

4、因此，亟需发展一种能够在线监测桨叶相位差，并在相位失配趋势出现时实现分级容错处理的主动控制策略，以提升交叉双旋翼无人机在复杂工况下的安全性与可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，能够在线监测交叉双旋翼无人机桨叶相位差，并在相位失配趋势出现时实现分级容错处理的主动控制策略，以提升交叉双旋翼无人机在复杂工况下的安全性与可靠性。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，包括以下步骤：

4、采集第一旋翼和第二旋翼的相位检测信号；

5、对相位检测信号进行滤波和整形；

6、提取相位基准点并记录时间戳；

7、计算第一旋翼和第二旋翼的相位角；

8、计算当前相位偏差值；

9、设定飞行状态评价阈值，将前相位偏差值与飞行状态评价阈值实时对比，根据对比结果调控飞行姿态。

10、作为一种可选方案，将前相位偏差值与飞行状态评价阈值实时对比，根据对比结果调控飞行姿态包括以下步骤：

11、判断当前相位偏差值是否小于或等于第一阈值，若是，则保持预设飞行姿态；若否，则进入预警判断状态；

12、判断当前相位偏差值是否小于或等于第二阈值，若是，则执行主动修正状态；若否，则继续判断是否达到第三阈值；

13、若当前相位偏差值超过第三阈值或异常持续时间超过预设值时，进入安全降落或紧急停机保护状态。

14、作为一种可选方案，所述预警判断状态下飞控系统记录故障并提示维护。

15、作为一种可选方案，所述主动修正状态下飞控系统基于第一旋翼和第二旋翼的相位检测信号，采用比例补偿、比例积分补偿或模型预测补偿方法生成转速修正量；

16、同时，所述第一旋翼和第二旋翼根据转速修正量进行输出修正，以恢复第一旋翼和第二旋翼之间的预设飞行姿态。

17、作为一种可选方案，所述计算当前相位偏差值是对第一旋翼相位角、第二旋翼相位角和安全相位差值三者进行归一化处理至预设角度范围。

18、作为一种可选方案，所述第一旋翼和第二旋翼的相位检测信号通过设置于第一旋翼和第二旋翼的旋转轴、传动轴或桨毂端的相位检测单元与转速检测单元采集。

19、作为一种可选方案，所述安全降落包括以下步骤：

20、飞控系统限制第一旋翼和第二旋翼转速变化率，避免因急剧降速造成姿态失稳；

21、维持当前机体姿态，选择安全降落点进行降落，并在下降过程中持续监测相位偏差、高度、姿态角和电机状态。

22、作为一种可选方案，所述安全降落包括以下步骤：

23、飞控系统限制第一旋翼和第二旋翼转速变化率，避免因急剧降速造成姿态失稳；

24、维持当前机体姿态，选择安全降落点进行降落，并在下降过程中持续监测相位偏差、高度、姿态角和电机状态。

25、作为一种可选方案，所述安全降落前若第一旋翼和第二旋翼相位偏差小于第三阈值或异常持续时间未超过预设值时，所述飞控系统可退出严重故障状态并转入限功率返航或低速飞行状态。

26、一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制系统，使用如所述的交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，包括：

27、相位检测单元，用于获取第一旋翼和第二旋翼的相位角；

28、转速检测单元，用于获取第一旋翼和第二旋翼的转速；

29、信号调理模块，用于对相位角与转速进行滤波、去抖、整形和电平转换；

30、飞控系统，用于采集处理后的脉冲信号，并基于时间戳计算第一旋翼和第二旋翼的瞬时相位角；

31、容错控制指令模块，用于根据瞬时相位角进行第一旋翼和第二旋翼的多级阈值判断与分级容错控制。

32、一种电子设备，所述电子设备包括：

33、至少一个处理器；

34、以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

35、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法。

36、本发明取得的技术效果为：

37、本发明，提供一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，能够在线监测交叉双旋翼无人机桨叶相位差，并在相位失配趋势出现时实现分级容错处理的主动控制策略，以提升交叉双旋翼无人机在复杂工况下的安全性与可靠性。

38、本发明，提供一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制系统，能够针对交叉双旋翼特有的桨叶相位失配风险进行在线监测。

39、本发明，提供一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制系统，采用多级阈值判断与分级容错控制，避免轻微扰动直接触发过度保护。

40、本发明，提供的交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法中，将相位偏差、转速差和异常持续时间联合判断，可提高故障识别可靠性。

41、本发明，提供一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制系统，可在桨叶实际碰撞前降低转速或安全降落，提高飞行安全性。

42、本发明，提供的交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法中，不依赖复杂机械改造，可通过传感器和飞控算法实现，便于在现有交叉双旋翼平台上集成。

1.一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于：所述将前相位偏差值与飞行状态评价阈值实时对比，根据对比结果调控飞行姿态包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于：所述主动修正状态下飞控系统基于第一旋翼和第二旋翼的相位检测信号，采用比例补偿、比例积分补偿或模型预测补偿方法生成转速修正量；

4.根据权利要求3所述的一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于：所述计算当前相位偏差值是对第一旋翼相位角、第二旋翼相位角和安全相位差值三者进行归一化处理至预设角度范围。

5.根据权利要求1所述的一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于：所述第一旋翼和第二旋翼的相位检测信号通过设置于第一旋翼和第二旋翼的旋转轴、传动轴或桨毂端的相位检测单元与转速检测单元采集。

6.根据权利要求1所述的一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于，所述安全降落包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于：所述安全降落前若第一旋翼和第二旋翼相位偏差小于第三阈值或异常持续时间未超过预设值时，所述飞控系统可退出严重故障状态并转入限功率返航或低速飞行状态。

8.根据权利要求1所述的一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，其特征在于：所述安全降落后飞控系统切断第一旋翼和第二旋翼输出，并记录故障数据，用于后续维护和故障分析。

9.一种交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制系统，使用如权利要求1-8中任一项所述的交叉双旋翼无人机桨叶相位差在线监测与容错控制方法，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：