本發(fā)明屬于多旋翼無人機
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種無人機載荷自識別與參數(shù)自匹配方法及地面自適應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：無人機的姿態(tài)控制多采用pid控制原理，通過無人機三軸方向各自的p(比例)、i(積分)、d(微分)三個控制參數(shù)(簡稱pid參數(shù))來調(diào)節(jié)無人機的姿態(tài)穩(wěn)定性；三軸即無人機的俯仰軸、橫滾軸、自轉(zhuǎn)軸，每個軸向上的pid參數(shù)均與無人機整體的重量、重心位置、結(jié)構(gòu)特征、動力性能有關(guān)，若某個軸向上的pid參數(shù)不匹配，則可能會影響到無人機的飛行穩(wěn)定性，導(dǎo)致無人機飛行時出現(xiàn)姿態(tài)抖動，來回晃動，抗風(fēng)性能變差等現(xiàn)象?，F(xiàn)有技術(shù)中，對于批量生產(chǎn)的標準化功能的無人機，其功能、結(jié)構(gòu)、所搭載的任務(wù)載荷是確定的，通常是在出廠前將調(diào)校好的三軸方向的參數(shù)存入無人機飛行控制器；其優(yōu)點在于用戶可以免調(diào)試直接使用，但是這套參數(shù)只適應(yīng)單一的場景，功能上不具備可擴展性；對于定制化的無人機，用戶可以自行組裝，根據(jù)需求搭配任務(wù)載荷以實現(xiàn)不同的功能；但由于不同的載荷其重量、重心不同，不同的載荷掛載到無人機上后，對整機的重心、重量所產(chǎn)生的影響不同；若更換載荷后不做參數(shù)調(diào)整直接起飛執(zhí)行任務(wù)，將會影響整機的飛行穩(wěn)定性；現(xiàn)有技術(shù)在更換載荷后的調(diào)整是通過對無人機的飛行控制器重新寫入pid參數(shù)來實現(xiàn)的，而未實現(xiàn)在更換載荷后自動地進行控制參數(shù)匹配。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種無人機載荷自識別與參數(shù)自匹配方法及地面自適應(yīng)系統(tǒng)；其目的在于實現(xiàn)無人機對所搭載載荷的自動識別以及控制參數(shù)自動匹配，以解決標準化的無人機不具備功能擴展性、定制化的無人機在更換載荷后不具備控制參數(shù)自動調(diào)整功能的問題，以使得一套無人機可適配多種載荷，并且不需要進行任何現(xiàn)場設(shè)置就能發(fā)揮出最佳飛行穩(wěn)定性。為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種無人機載荷自識別方法，當(dāng)載荷搭載到無人機上，由無人機的飛行控制器向載荷發(fā)送查詢指令，載荷根據(jù)接收到的查詢指令向飛行控制器發(fā)送包含載荷編號的應(yīng)答信息，飛行控制器從接收到的應(yīng)答信息中解析出載荷編號，實現(xiàn)無人機載荷的自動識別。優(yōu)選地，上述無人機載荷自識別方法，其查詢指令的幀格式為：幀頭、有效字節(jié)數(shù)、幀序號、系統(tǒng)號、組件號、指令碼、有效數(shù)據(jù)、校驗碼。優(yōu)選地，上述無人機載荷自識別方法，其應(yīng)答消息的幀格式為：幀頭、有效字節(jié)數(shù)、幀序號、系統(tǒng)號、組件號、指令碼、有效數(shù)據(jù)、校驗碼；其中，有效數(shù)據(jù)包括載荷編號。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種無人機地面自適應(yīng)系統(tǒng)，包括主控模塊、無人機控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊；無人機控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊均與主控模塊相連；其中，無人機控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送無人機飛行控制指令、獲取無人機飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；載荷控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數(shù)據(jù)；界面控制模塊用于在主控模塊的控制下根據(jù)當(dāng)前無人機當(dāng)前搭載的載荷打開當(dāng)前載荷所對應(yīng)的控制界面，并隱藏其他界面；主控模塊則用于根據(jù)外部輸入指令將系統(tǒng)任務(wù)分配到無人機控制模塊、載荷控制模塊或界面控制模塊，并管理全局參數(shù)和資源，存儲過程數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種無人機參數(shù)自匹配方法，在飛行控制器內(nèi)預(yù)存(n+1)組控制參數(shù)p0、p1、p2、…、px、…、pn；若飛行控制器未識別出載荷編號，則以第0組控制參數(shù)p0作為當(dāng)前控制參數(shù)來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整；若飛行控制器識別出載荷編號x，則調(diào)取第x組控制參數(shù)px來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整，由此實現(xiàn)在預(yù)設(shè)的載荷類型范圍內(nèi)不論更換什么類型的載荷均可以達到最佳控制效果的目的，不會因為更換載荷而影響無人機的飛行穩(wěn)定性；其中，1≤x≤n；其中，p0是無人機空載狀態(tài)的飛行姿態(tài)控制參數(shù)，p1、p2、…、px、…、pn是與預(yù)設(shè)的n種載荷一一對應(yīng)的控制參數(shù)。優(yōu)選地，上述無人機參數(shù)自匹配方法，每組控制參數(shù)包括載荷類型、開關(guān)編碼、關(guān)鍵字節(jié)、以及飛行姿態(tài)控制參數(shù)；其中，飛行姿態(tài)控制參數(shù)包括俯仰軸、橫滾軸和轉(zhuǎn)向軸方向的pid控制參數(shù)。優(yōu)選地，上述無人機參數(shù)自匹配方法，具體包括如下步驟：(1)系統(tǒng)初始化，包括無人機各模塊自檢，與載荷進行握手通信，確定載荷的狀態(tài)與載荷編號，與地面控制系統(tǒng)握手通信確認載荷型號和載荷功能；(2)由無人機的飛行控制器向載荷發(fā)送載荷類型查詢命令；(3)判斷是否接收到載荷反饋的載荷類型標識數(shù)據(jù)幀，若是，則從接收到的載荷類型標識數(shù)據(jù)幀中解析出載荷編號x，并進入步驟(4)；若否，則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第0組控制參數(shù)p0作為當(dāng)前控制參數(shù)來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整；(4)判斷載荷編號x是否滿足1≤x≤n，若是，則進入步驟(5)；若否，則表明系統(tǒng)異常，則鎖死無人機的飛行控制器和動力系統(tǒng)并發(fā)送報警提示；(5)則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第x組控制參數(shù)px作為當(dāng)前控制參數(shù)來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整?？傮w而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果。(1)本發(fā)明提供的無人機載荷自識別方法，根據(jù)飛行控制器與載荷端之間預(yù)設(shè)的協(xié)議，通過載荷編號來進行載荷識別，可在載荷搭載到無人機上后實現(xiàn)載荷的自動識別；(2)本發(fā)明提供的無人機參數(shù)自匹配方法，基于載荷自動識別機制，在識別出載荷類型、并根據(jù)載荷類型數(shù)據(jù)幀獲取到載荷的重量、體積、重心等影響飛行的關(guān)鍵參數(shù)之后，以載荷類型為依據(jù)自動從飛行控制器內(nèi)預(yù)存的多組控制參數(shù)中調(diào)取與載荷匹配的控制參數(shù)來控制無人機進行動力調(diào)整，以提供與載荷匹配的動力輸出，并自動依據(jù)載荷類型通過控制參數(shù)進行飛行姿態(tài)調(diào)整，以自適應(yīng)各類載荷對無人機本身的重心所產(chǎn)生的影響；可擴展性更強，可以適配多種不同的任務(wù)載荷，并且不需要進行任何現(xiàn)場設(shè)置就能發(fā)揮出最穩(wěn)定的飛行性能，可在使用現(xiàn)場對在整機額定載重范圍內(nèi)各種重量、形狀、類型的任務(wù)載荷進行自動匹配，且均能實現(xiàn)很好的抗風(fēng)和自穩(wěn)定性能；(3)本發(fā)明提供的無人機地面自適應(yīng)系統(tǒng)，基于載荷自動識別功能，可自動激活載荷所對應(yīng)的控制界面，自動屏蔽與當(dāng)前載荷功能無關(guān)的界面，實現(xiàn)了地面控制系統(tǒng)智能化，并為多機協(xié)同的集群控制方式提供了更好的基礎(chǔ)功能解決方案。附圖說明圖1是實施例提供的無人機載荷自識別方法中無人機與載荷之間的信號交互示意圖；圖2是實施例提供的無人機參數(shù)自匹配方法的流程示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。實施例提供的無人機載荷自識別方法，其無人機與載荷之間具有一個互相匹配的接口，具體如圖1所示，對于無人機端而言，該接口包括電源端、接地端、信號發(fā)端、信號收端；對于載荷端而言，該接口包括電源端、接地端、信號收端、信號發(fā)端；無人機端與載荷端的電源端、接地端一一對應(yīng)地連接，無人機端的信號發(fā)端與載荷端的信號收端相連，無人機端的信號收端與載荷端的信號發(fā)端相連。當(dāng)載荷搭載到無人機上，飛行控制器上電后，首先通過無人機端接口的信號發(fā)端向載荷發(fā)送查詢指令，載荷在接收到查詢指令后通過載荷端接口的信號發(fā)端向無人機發(fā)送應(yīng)答消息，無人機的飛行控制器在接收到應(yīng)答消息后對應(yīng)答消息進行解析，識別出載荷類型；實施例中，查詢指令的幀格式如表1所列，應(yīng)答消息的幀格式如表2所列。表1查詢指令的幀格式幀頭有效字節(jié)數(shù)幀序號系統(tǒng)號組件號指令碼有效數(shù)據(jù)效驗碼0xaa0x01i0x000x000x350x01crc表2應(yīng)答消息的幀格式本實施例中，查詢指令中的指令碼0x35表示查詢載荷編號的指令，載荷收到查詢指令解析出0x35指令后向消息發(fā)出者反饋0x36指令，0x36指令表示載荷類型應(yīng)答消息；應(yīng)答消息接收者根據(jù)有效數(shù)據(jù)字段中第二個字節(jié)的數(shù)據(jù)來確定載荷編號。在根據(jù)載荷編號識別出載荷類型之后，根據(jù)圖2所示的流程進行無人機參數(shù)自匹配，具體包括如下步驟：(1)系統(tǒng)初始化，包括無人機各模塊自檢，與載荷進行握手通信，確定載荷的狀態(tài)與載荷編號，與地面控制系統(tǒng)握手通信確認載荷型號和載荷功能；(2)由無人機的飛行控制器向載荷發(fā)送載荷類型查詢命令；(3)判斷是否接收到載荷反饋的載荷類型標識數(shù)據(jù)幀，若是，則從接收到的載荷類型標識數(shù)據(jù)幀中解析出載荷編號x，并進入步驟(4)；若否，則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第0組控制參數(shù)p0作為當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)值來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整，并進入步驟(6)；本實施例中，第0組控制參數(shù)p0是無人機空載狀態(tài)的飛行姿態(tài)控制參數(shù)；(4)判斷是否滿足1≤x≤n，若是，則進入步驟(5)；若否，則表明系統(tǒng)異常，則鎖死無人機的飛行控制器和動力系統(tǒng)并發(fā)送報警提示；(5)則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第x組控制參數(shù)px作為當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)值來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整，并進入步驟(6)；本實施例中，控制參數(shù)px包括載荷類型、開關(guān)編碼、關(guān)鍵字節(jié)、載荷供電電壓，載荷供電電流，功率，通信頻率、以及飛行姿態(tài)控制參數(shù)中的一種或幾種；其中，飛行姿態(tài)控制參數(shù)包括俯仰軸、橫滾軸、轉(zhuǎn)向軸三軸方向的三組pid控制參數(shù)；(6)等待其他控制指令；其中，控制指令包括獲取地面控制系統(tǒng)發(fā)送的無人機狀態(tài)指令，讀取無人機內(nèi)部參數(shù)指令、飛行任務(wù)規(guī)劃指令等，這些指令與控制參數(shù)自匹配無關(guān)。本實施例所提供的無人機參數(shù)自匹配方法，所采用的載荷類型標識數(shù)據(jù)幀內(nèi)僅包含載荷編號；與載荷類型所對應(yīng)的重量、體積、重心等載荷參數(shù)與無人機匹配的各種控制參數(shù)已經(jīng)預(yù)先調(diào)試好并存儲在飛行控制器中。本發(fā)明提供的無人機載荷自動識別與控制參數(shù)自匹配方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中標準化的無人機功能不具備擴展性、定制化的無分機在更換載荷后不具備控制參數(shù)自動調(diào)整功能的問題；本實施例中所采用的無人機可以搭載n種不同的載荷，因此具有n種無人機與載荷的組合，對每種組合而言，有一套最佳匹配的三軸pid控制參數(shù)；通過對這n種組合預(yù)先進行調(diào)試以獲取每種組合的最佳三軸pid控制參數(shù)；將n組最佳三軸pid控制參數(shù)預(yù)存到飛行控制器中，并在飛行控制器的控制協(xié)議集中增加一條新的指令，該指令用于實現(xiàn)飛行控制器與地面控制系統(tǒng)查詢載荷的種類；由此，可實現(xiàn)在一架無人駕駛搭載n種任務(wù)載荷，在載荷更換后進行載荷自動識別和控制參數(shù)匹配，并且在載荷更換之后不需要現(xiàn)場進行控制參數(shù)調(diào)試。現(xiàn)有的無人機地面控制系統(tǒng)主要包含兩個功能模塊，一是針對于無人機本身的功能模塊，用于發(fā)送飛行控制指令、獲取無人機飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；二是針對載荷的功能模塊，用于發(fā)送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數(shù)據(jù)等；由于不同的載荷所對應(yīng)的功能不同，控制方式也不同；現(xiàn)有技術(shù)中的這種無人機地面控制系統(tǒng)并不能自動根據(jù)所搭載的載荷自動呈現(xiàn)與該載荷相匹配的控制界面和顯示界面，需要人工干預(yù)，當(dāng)操作者確認無人機搭載的載荷類型后，再人工選擇控制界面?；诒景l(fā)明所實現(xiàn)的無人機載荷自動識別功能，實施例提供了一種無人機地面自適應(yīng)系統(tǒng)，包括主控模塊、無人機控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊；所述無人機控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊均與主控模塊相連；其中，無人機控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送無人機飛行控制指令、獲取無人機飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；載荷控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數(shù)據(jù)；界面控制模塊用于在主控模塊的控制下根據(jù)當(dāng)前無人機當(dāng)前搭載的載荷打開當(dāng)前載荷所對應(yīng)的控制界面，并隱藏?zé)o關(guān)界面；主控模塊則用于根據(jù)外部輸入指令將系統(tǒng)任務(wù)分配到無人機控制模塊、載荷控制模塊或界面控制模塊，并管理全局參數(shù)和資源，存儲系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)，包括載荷的傳感器數(shù)據(jù)，飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)等。本實施例提供的這種無人機地面自適應(yīng)系統(tǒng)可根據(jù)無人機當(dāng)前搭載的載荷自動打開當(dāng)前載荷所對應(yīng)的控制界面，而將其他界面隱藏，大大提高了系統(tǒng)的智能化程度；這一功能在實現(xiàn)無人機集群控制時尤為重要。無人機集群控制即在同一時刻，一個無人機地面控制系統(tǒng)連接到多臺無人機并進行統(tǒng)一管理和控制，多臺無人機可能會搭載多種的載荷，相互配合以完成一項復(fù)雜任務(wù)。傳統(tǒng)的集群控制方式是先設(shè)定好不同無人機所搭載的載荷，并根據(jù)各載荷的功能編制對應(yīng)的作業(yè)程序；由于地面控制系統(tǒng)與空中系統(tǒng)(無人機與載荷)之間沒有確認實際載荷類型的反饋機制，若在此環(huán)節(jié)載荷匹配出錯，則可能出現(xiàn)載荷功能誤動作或載荷失控等情況；本發(fā)明所提供的無人機自動載荷自動識別方法，則可以解決載荷匹配出現(xiàn)錯的問題，而本發(fā)明提供的無人機地面自適應(yīng)系統(tǒng)，則可以實時監(jiān)測每一個無人機和載荷的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)整體智能化程度大大提高。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12