飞行设备的控制方法、装置、存储介质及飞行设备与流程

1.本公开涉及对飞行设备的控制领域，具体地，涉及一种飞行设备的控制方法、装置、存储介质及飞行设备。


背景技术：

2.为了提高飞行设备(如无人机)的作业能力，需要位置控制的高精确度，例如，定点航拍旋翼无人机需要高精度的位置控制性能及抗风性能；无人配送旋翼机，需要精准降落于目标点并抗地效干扰。
3.相关技术对飞行设备的控制方案中，是由速度控制器通过速度误差解算得到加速度指令，然后根据该加速度指令确定对应的姿态角指令，以便根据该姿态角指令控制飞行设备，但该方法控制延时大，需要位置产生较大误差后才能通过控制纠正误差，因此，位置控制精度较差，并且，该控制方法抗扰动性较弱，有风环境下会进一步降低位置控制精度。


技术实现要素：

4.本公开的目的是提供一种飞行设备的控制方法、装置、存储介质及飞行设备。
5.第一方面，提供一种飞行设备的控制方法，所述方法包括：
6.获取飞行设备在当前采集周期采集的实时加速度和解算加速度，所述解算加速度为所述飞行设备根据速度误差计算得到的加速度；根据所述实时加速度和所述解算加速度确定加速度补偿值；根据所述加速度补偿值和所述解算加速度控制所述飞行设备。
7.可选地，所述根据所述实时加速度和所述解算加速度确定加速度补偿值包括：确定所述解算加速度与所述实时加速度的第一差值；根据所述第一差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值。
8.可选地，所述根据所述实时加速度和所述解算加速度确定加速度补偿值包括：对所述实时加速度进行低通滤波，得到滤波加速度；计算所述解算加速度与所述滤波加速度的第二差值；根据所述第二差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值。
9.可选地，所述预设补偿模型通过以下方式预先设置：获取外界扰动信号的预设带宽；根据所述预设带宽确定所述加速度补偿值与所述外界扰动信号的映射关系；根据所述映射关系和所述飞行设备的预设动力学模型确定所述预设补偿模型。
10.可选地，所述根据所述加速度补偿值和所述解算加速度控制所述飞行设备包括：根据所述加速度补偿值和所述解算加速度确定姿态角指令；根据所述姿态角指令控制所述飞行设备。
11.可选地，所述根据所述姿态角指令控制所述飞行设备包括：根据所述姿态角指令控制所述飞行设备进行悬停；或者，根据所述姿态角指令控制所述飞行设备降落至目标位置。
12.第二方面，所述装置包括：获取模块，用于获取飞行设备在当前采集周期采集的实时加速度和解算加速度，所述解算加速度为所述飞行设备根据位置误差计算得到的加速
度；确定模块，用于根据所述实时加速度和所述解算加速度确定加速度补偿值；控制模块，用于根据所述加速度补偿值和所述解算加速度控制所述飞行设备。
13.可选地，所述确定模块，用于确定所述解算加速度与所述实时加速度的第一差值；根据所述第一差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值。
14.可选地，所述确定模块，用于对所述实时加速度进行低通滤波，得到滤波加速度；计算所述解算加速度与所述滤波加速度的第二差值；根据所述第二差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值。
15.可选地，所述预设补偿模型通过以下方式预先设置：获取外界扰动信号的预设带宽；根据所述预设带宽确定所述加速度补偿值与所述外界扰动信号的映射关系；根据所述映射关系和所述飞行设备的预设动力学模型确定所述预设补偿模型。
16.可选地，所述控制模块，用于根据所述加速度补偿值和所述解算加速度确定姿态角指令；根据所述姿态角指令控制所述飞行设备。
17.可选地，所述控制模块，用于根据所述姿态角指令控制所述飞行设备进行悬停；或者，根据所述姿态角指令控制所述飞行设备降落至目标位置。
18.第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面所述方法的步骤。
19.第四方面，提供一种飞行设备，包括存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开第一方面所述方法的步骤。
20.可选地，所述飞行设备包括无人机。
21.通过上述技术方案，获取飞行设备在当前采集周期采集的实时加速度和解算加速度，所述解算加速度为所述飞行设备根据速度误差计算得到的加速度；根据所述实时加速度和所述解算加速度确定加速度补偿值；根据所述加速度补偿值和所述解算加速度控制所述飞行设备，这样，通过对根据速度误差计算得到的解算加速度进行加强补偿，当加速度产生误差时能够迅速补偿，从而可以有效避免位置控制延时带来的误差，提高位置控制的精度，与此同时，当外界存在扰动时，直接影响的是飞行设备的加速度，因此，通过对解算加速度进行补偿能够大幅度提升飞行设备的抗扰性能。
22.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
23.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
24.图1是一种现有的对飞行设备的控制方案示意图；
25.图2是根据一示例性实施例示出的一种飞行设备的控制方法的流程图；
26.图3是根据本公开一示例性实施例示出的一种飞行设备控制系统的结构框图；
27.图4是根据一示例性实施例示出的相同的外界环境下同一飞行设备有/无加速度增强补偿控制的实飞悬停效果示意图；
28.图5是根据一示例性实施例示出的相同的外界环境下同一飞行设备有/无加速度增强补偿控制的实飞降落效果示意图；
29.图6是根据一示例性实施例示出的一种飞行设备的控制装置的框图；
30.图7是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
31.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
32.本公开主要应用于对飞行设备(如旋翼无人机、固定翼无人机、飞机等)的控制场景中，实际应用场景中，可以通过无人机实现定点航拍，或者对于无人配送旋翼机，需要精准降落于目标点，可以理解的是，定点航拍旋翼无人机需要高精度的位置控制性能及抗风性能；无人配送旋翼机，也需要精准降落于目标点并抗地效干扰，因此，位置控制精度的提高会大大提升旋翼机的作业能力。
33.现有技术中，首先将位置误差(指飞行设备的实际位置与目标位置的位置误差)作为控制量计算得到飞行设备的速度指令，然后计算速度指令与飞行设备的实际速度之间的速度误差，然后根据速度误差解算得到加速度指令(相当于本公开中的解算加速度)，之后根据该加速度指令控制飞行设备，图1是一种现有的对飞行设备的控制方案示意图，如图1所示，现有方案中，可以通过速度控制器根据该速度误差解算得到解算加速度acmd(即加速度指令)，然后将该加速度指令作为姿态控制器的输入，以便由姿态控制器根据该加速度指令生成姿态角指令控制飞行设备，但是该方法控制延时较大，需要产生较大的位置误差时才可以生成加速度指令来纠正误差，因此位置控制来回波动，位置精度较差，并且该控制方法抗扰动性较弱，有风环境下会进一步降低位置控制精度。
34.为解决上述存在的问题，本公开提供一种飞行设备的控制方法、装置、存储介质及飞行设备，可以对根据速度误差计算得到的解算加速度进行加强补偿，当加速度产生误差时能够迅速补偿，无需等到位置误差和速度误差积累到较大时才去纠正误差，从而可以有效避免位置控制延时带来的误差，减小位置控制的波动幅度，提高位置控制的精度，与此同时，当外界存在扰动时，直接影响的是飞行设备的加速度，因此，通过对解算加速度进行补偿能够大幅度提升飞行设备的抗扰性能。
35.下面结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。
36.图2是根据一示例性实施例示出的一种飞行设备的控制方法的流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：
37.在步骤s201中，获取飞行设备在当前采集周期采集的实时加速度和解算加速度，所述解算加速度为所述飞行设备根据速度误差计算得到的加速度。
38.其中，该飞行设备可以包括以下任一设备：无人机(旋翼无人机或者固定翼无人机)、飞行、飞行器等，可以通过加速度传感器和陀螺仪实时采集该实时加速度，该解算加速度可以由速度控制器基于现有的控制算法(如pid(proportional、integral、differential；比例、积分、微分)控制)以该速度误差作为控制量生成该解算加速度。
39.在步骤s202中，根据所述实时加速度和所述解算加速度确定加速度补偿值。
40.在本步骤一种可能的实现方式中，可以确定所述解算加速度与所述实时加速度的第一差值；然后根据所述第一差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值。
41.其中，该预设补偿模型可以表示为下述的公式：
42.af＝k∫(acmd
‑
acc)dt
ꢀꢀ
(1)
43.其中，af表示该加速度补偿值，acmd表示该解算加速度，acc表示该实时加速度，k表示外界扰动的预设带宽，并且根据对风扰动的统计分析及控制算法的大量上机试验，k取4效果较佳，当然k取4仅是一种可能的取值方式，实际应用中可以根据具体需求进行任意设置，本公开对此不作限定。
44.这样，可以将解算加速度与所述实时加速度作为该预设补偿模型的输入，通过该预设补偿模型输出该加速度补偿值。
45.实际应用场景中，在通过加速度传感器采集飞行设备的实时加速度时，会引入高频噪声，因此，为了得到更好的控制效果，在本步骤另一种可能的实现方式中，可以对加速度传感器采集的实时加速度进行低通滤波，将高频噪声信号过滤掉，得到滤波加速度，这样，可以计算所述解算加速度与所述滤波加速度的第二差值；然后根据所述第二差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值，以便根据该加速度补偿值对该解算加速度进行高精度的补偿，进一步提高位置控制的精度。
46.示例地，可以通过以下公式对该实时加速度进行低通滤波：
[0047][0048]
其中，t为低通滤波参数，表示该滤波加速度，acc表示该实时加速度。
[0049]
该低通滤波参数的取值可以根据需求和经验进行设置，例如，根据一般imu的噪声，该低通滤波参数可以取0.03，另外，考虑到公式中的积分运算本身有滤波的功能，因此，该低通滤波参数设置时无需设置的过大。
[0050]
这样，可以通过以下公式确定所述加速度补偿值：
[0051][0052]
上述示例仅是举例说明，本公开对此不作限定。
[0053]
另外，在本公开中，该预设补偿模型可以通过以下方式进行预先设置：
[0054]
获取外界扰动信号的预设带宽；根据所述预设带宽确定所述加速度补偿值与所述外界扰动信号的映射关系；根据所述映射关系和所述飞行设备的预设动力学模型确定所述预设补偿模型。
[0055]
其中，该外界扰动信号可以包括风扰信号，根据对风扰动的统计分析及控制算法的大量上机试验可以确定，该预设带宽(可以表示为k)取4时的加速度补偿效果较佳；考虑到通常情况下，干扰量的低频信号是影响飞行设备加速度扰动的主要因素，因此，飞行设备的加速度补偿值主要取决于干扰信号的低频部分，因此该加速度补偿值与所述外界扰动信号的映射关系可以表示为如下的公式：
[0056][0057]
其中，af表示该加速度补偿值，tur表示外界扰动信号，s表示虚变量，k表示外界扰动信号的该预设带宽。
[0058]
另外，根据牛顿力学公式可以确定该飞行设备的预设动力学模型为：
[0059]
m
·
acc＝m
·
acmd m
·
af m
·
tur
[0060]
进而可得：
[0061]
acc＝acmd af tur
ꢀꢀ
(5)
[0062]
其中，m表示飞行设备的质量，acc表示实时加速度，acmd表示解算加速度，af表示该加速度补偿值，tur表示外界扰动信号。
[0063]
将公式(4)代入公式(5)，可以得到：
[0064][0065]
进而可得：
[0066]
af＝k∫(acmd
‑
acc)dt
[0067]
至此即推导出该预设补偿模型。
[0068]
还需说明的是，出于飞行设备的飞行安全考虑，该预设补偿模型中的积分值限幅一般取[
‑
1/k，1/k]，例如，若k＝4，积分值限幅区间为[
‑
0.25，0.25]。
[0069]
在步骤s203中，根据所述加速度补偿值和所述解算加速度控制所述飞行设备。
[0070]
在本步骤中，可以根据所述加速度补偿值和所述解算加速度确定姿态角指令；根据所述姿态角指令控制所述飞行设备，例如，可以根据该姿态角指令控制所述飞行设备机芯悬停，或者根据该姿态角指令控制所述飞行设备降落至目标点。
[0071]
示例地，图3是根据本公开一示例性实施例示出的一种飞行设备控制系统的结构框图，如图3所示，该飞行设备控制系统包括速度控制器301，与所述速度控制器301连接的加速度增强补偿控制器302，与所述速度控制器301和所述加速度增强补偿控制器302的输出端连接的姿态控制器303，在执行本公开中的飞行设备的控制方法的过程中，可以由速度控制器301根据飞行设备的速度误差计算得到解算加速度，例如可以通过传统的pid控制算法根据飞行设备的位置误差计算得到飞行设备的速度指令，根据速度指令与飞行设备的实时速度计算得到速度误差，然后由该速度控制器301根据飞行设备的速度误差计算得到解算加速度，如图3所示，该加速度增强补偿控制器302的输入包括两部分，一部分为加速度传感器实时采集的该飞行设备的实时加速度acc，另一部分为该速度控制器301输出的该解算加速度acmd，这样，该加速度增强补偿控制器302可以根据该实时加速度acc和该解算加速度acmd根据公式(1)计算得到该加速度补偿值af，然后将该解算加速度acmd和该加速度补偿值af叠加后输入该姿态角控制器303，由该姿态角控制器303根据所述加速度补偿值和所述解算加速度确定姿态角指令(根据该加速度补偿值和所述解算加速度确定姿态角指令的具体实现方式可以参考现有技术中的相关描述，在此不作限定)，之后可以根据该姿态角指令控制所述飞行设备，上述示例仅是举例说明，本公开对此不作限定。
[0072]
以该飞行设备为旋翼无人机为例，实际应用场景中，可以通过旋翼无人机进行定点航拍，此种情况下，通过该加速度补偿值对该解算加速度进行加速度补偿，从而可以抵消外界环境对无人机位置的扰动影响，控制无人机进行高位置精度的定点悬停，在另一种可能的应用场景中，可以通过旋翼无人机实现无人配送服务，此种情况下，通过该加速度补偿值对该解算加速度进行加速度补偿，同样抵消了外界环境对无人机位置的扰动影响，控制无人机精确降落至目标配送点，提高了无人机的作业能力，此处仅是举例说明，本公开对此不作限定。
[0073]
下面以图4和图5为例对飞行设备控制过程中有加速度增强补偿控制和无加速度增强补偿控制的实飞效果进行说明，图4是根据一示例性实施例示出的相同的外界环境下
同一飞行设备有/无加速度增强补偿控制的实飞悬停效果示意图，图4中的横轴表示时间序号，纵轴表示飞行设备的水平位置信息，如图4所示，有加速度增强补偿控制的飞行设备的位置波动明显减小，悬停位置精度提升了近40％；图5是根据一示例性实施例示出的相同的外界环境下同一飞行设备有/无加速度增强补偿控制的实飞降落效果示意图，同样的，横轴表示时间序号，纵轴表示飞行设备实际降落点的位置误差，根据图5可以看出，有加速度增强补偿控制的飞行设备的降落点位置误差大幅减小，位置精度提升了近70％，由此可知，本公开通过对速度控制器基于速度误差解算得到的该解算加速度进行加速度的增强补偿，能够高效抑制飞行设备控制过程中的外界扰动，提高整个控制系统鲁棒性，大幅提高位置控制精度。
[0074]
采用上述方法，无需更改飞行设备原有的控制器、原有的控制方法以及原有的解算加速度，进行在该解算加速度的基础上进行叠加即可，即通过对根据速度误差计算得到的解算加速度进行加强补偿，当加速度产生误差时能够迅速补偿，无需等到位置误差和速度误差积累到较大时才去纠正误差，从而可以有效避免位置控制延时带来的误差，减小位置控制的波动幅度，提高位置控制的精度，与此同时，当外界存在扰动时，直接影响的是飞行设备的加速度，因此，通过对解算加速度进行补偿能够大幅度提升飞行设备的抗扰性能。
[0075]
图6是根据一示例性实施例示出的一种飞行设备的控制装置的框图，如图6所示，该装置包括：
[0076]
获取模块601，用于获取飞行设备在当前采集周期采集的实时加速度和解算加速度，所述解算加速度为所述飞行设备根据位置误差计算得到的加速度；
[0077]
确定模块602，用于根据所述实时加速度和所述解算加速度确定加速度补偿值；
[0078]
控制模块603，用于根据所述加速度补偿值和所述解算加速度控制所述飞行设备。
[0079]
可选地，所述确定模块602，用于确定所述解算加速度与所述实时加速度的第一差值；根据所述第一差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值。
[0080]
可选地，所述确定模块602，用于对所述实时加速度进行低通滤波，得到滤波加速度；计算所述解算加速度与所述滤波加速度的第二差值；根据所述第二差值通过预设补偿模型确定所述加速度补偿值。
[0081]
可选地，所述预设补偿模型通过以下方式预先设置：获取外界扰动信号的预设带宽；根据所述预设带宽确定所述加速度补偿值与所述外界扰动信号的映射关系；根据所述映射关系和所述飞行设备的预设动力学模型确定所述预设补偿模型。
[0082]
可选地，所述控制模块603，用于根据所述加速度补偿值和所述解算加速度确定姿态角指令；根据所述姿态角指令控制所述飞行设备。
[0083]
可选地，所述控制模块603，用于根据所述姿态角指令控制所述飞行设备进行悬停；或者，根据所述姿态角指令控制所述飞行设备降落至目标位置。
[0084]
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0085]
采用上述装置，无需更改飞行设备原有的控制器、原有的控制方法以及原有的解算加速度，进行在该解算加速度的基础上进行叠加即可，即通过对根据速度误差计算得到的解算加速度进行加强补偿，当加速度产生误差时能够迅速补偿，无需等到位置误差和速度误差积累到较大时才去纠正误差，从而可以有效避免位置控制延时带来的误差，减小位
置控制的波动幅度，提高位置控制的精度，与此同时，当外界存在扰动时，直接影响的是飞行设备的加速度，因此，通过对解算加速度进行补偿能够大幅度提升飞行设备的抗扰性能。
[0086]
图7是根据一示例性实施例示出的一种电子设备700的框图。如图7所示，该电子设备700可以包括：处理器701，存储器702。该电子设备700还可以包括多媒体组件703，输入/输出(i/o)接口704，以及通信组件705中的一者或多者。
[0087]
其中，处理器701用于控制该电子设备700的整体操作，以完成上述的飞行设备的控制方法中的全部或部分步骤。存储器702用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备700的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备700上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(static random access memory，简称sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read
‑
only memory，简称eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read
‑
only memory，简称eprom)，可编程只读存储器(programmable read
‑
only memory，简称prom)，只读存储器(read
‑
only memory，简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件703可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器702或通过通信组件705发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。i/o接口704为处理器701和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件705用于该电子设备700与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如wi
‑
fi，蓝牙，近场通信(near field communication，简称nfc)，2g、3g、4g、nb
‑
iot、emtc、或其他5g等等，或它们中的一种或几种的组合，在此不做限定。因此相应的该通信组件705可以包括：wi
‑
fi模块，蓝牙模块，nfc模块等等。
[0088]
在一示例性实施例中，电子设备700可以被一个或多个应用专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、数字信号处理设备(digital signal processing device，简称dspd)、可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的飞行设备的控制方法。
[0089]
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的飞行设备的控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器702，上述程序指令可由电子设备700的处理器701执行以完成上述的飞行设备的控制方法。
[0090]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0091]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可
能的组合方式不再另行说明。
[0092]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。