用于无人机的电动舵机运行控制方法和系统与流程

本发明涉及无人机的领域，尤其涉及用于无人机的电动舵机运行控制方法和系统。

背景技术：

1、无人机广泛应用野外航拍调研，其能够对野外区域进行大范围的影像拍摄和识别。无人机的体量较小，其容易受到外界天气因素的影响，特别是当处于大风天气时，无人机受到气流影响而无法保持平稳飞行，降低无人机对野外区域的影像拍摄稳定度和容易导致无人机发生飞行事故。现有技术并未对无人机在气流剧烈变化场景下的飞行状态进行及时全面的调整，无法保证无人机能够及时快速针对实时气流状态调整电动舵机的运行状态，降低无人机的飞行安全性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供用于无人机的电动舵机运行控制方法和系统，其分析无人机当前所处飞行环境的气流运动数据，得到飞行环境的风场分布状态信息，并与无人机的预计飞行路径信息对比，确定无人机飞行过程中存在的飞行障碍区间，对无人机的飞行环境进行区间划分，便于后续只在特定区间进行电动舵机运行控制；还基于无人机的实时定位信息和飞行障碍区间的位置信息，判断是否需要调整无人机的飞行状态，并结合无人机当前所处飞行障碍区间的气流强度状态信息，调整电动舵机的第一动力输出状态，保证为无人机提供充足的驱动力；还基于无人机的飞行动态数据，判断是否发生飞行不稳定事件，以此调整电动舵机的第二动力输出状态，使得无人机保持平稳飞行，提高无人机的飞行安全性和可靠性。

2、本发明是通过以下技术方案实现：

3、用于无人机的电动舵机运行控制方法，包括：

4、获取无人机当前所处飞行环境的气流运动数据，对所述气流运动数据进行分析，得到所述飞行环境的风场分布状态信息；将所述风场分布状态信息与所述无人机的预计飞行路径信息进行对比，确定所述无人机在飞行过程对应的所有飞行障碍区间；

5、基于所述无人机的实时定位信息和所述飞行障碍区间的位置信息，判断是否需要调整所述无人机的飞行状态；当需要调整所述无人机的飞行状态，则基于所述无人机当前所处飞行障碍区间的气流强度状态信息，调整所述无人机的电动舵机的第一动力输出状态；

6、获取所述无人机的飞行动态数据，对所述飞行动作数据进行分析，判断所述无人机是否发生飞行不稳定事件；当发生飞行不稳定事件，则调整所述电动舵机的第二动力输出状态。

7、可选地，获取无人机当前所处飞行环境的气流运动数据，对所述气流运动数据进行分析，得到所述飞行环境的风场分布状态信息；将所述风场分布状态信息与所述无人机的预计飞行路径信息进行对比，确定所述无人机在飞行过程对应的所有飞行障碍区间，包括：

8、获取无人机当前所处飞行环境范围内若干基站各自采集得到的风速数据和风向数据，基于所有基站各自在所述飞行环境范围内的位置信息，对所述风速数据和所述风向数据进行连续化拟合处理，得到所述飞行环境的风场分布状态信息；其中，所述风场分布状态信息包括所述飞行环境全局范围内的连续风速和风向分布状态信息；

9、将所述风场分布状态信息与所述无人机的预计飞行路径信息进行对比，确定所述无人机的预计飞行路径上存在的所有风速大于预设风速阈值的飞行区间和所有逆风飞行区间，以此作为所述无人机在飞行过程中的飞行障碍区间。

10、可选地，将所述风场分布状态信息与所述无人机的预计飞行路径信息进行对比，确定所述无人机的预计飞行路径上存在的所有风速大于预设风速阈值的飞行区间和所有逆风飞行区间，以此作为所述无人机在飞行过程中的飞行障碍区间，包括：

11、步骤s1，利用下面公式（1），根据所述风场分布状态信息，判断所述无人机的当前飞行路径上是否存在风速大于预设风速阈值的状态，

12、（1）

13、在上述公式（1）中，表示所述无人机的当前飞行路径上是否存在风速大于预设风速阈值的状态判定值；表示当前时刻所述风场分布状态信息中第个风的风速矢量值；表示所述无人机当前的飞行方向向量；表示向量与向量之间的夹角值；表示当前时刻；表示预设风速阈值；表示求取向量的模/求取数值的绝对值；表示当前时刻所述风场分布状态信息中风的总个数；表示判断函数，若括号内的算式成立，则判断函数的函数值为1，若括号内的算式不成立，则判断函数的函数值为0；

14、若=1，表明所述无人机的当前飞行路径上存在风速大于预设风速阈值；

15、若=0，表明所述无人机的当前飞行路径上不存在风速大于预设风速阈值；

16、步骤s2，利用下面公式（2），根据所述风场分布状态信息，判断所述无人机的当前飞行路径上是否存在逆风飞行的状态，

17、（2）

18、在上述公式（2）中，表示所述无人机的当前飞行路径上是否存在逆风飞行的状态判定值；

19、若=1，表明所述无人机的当前飞行路径上存在逆风飞行的状态；

20、若=0，表明所述无人机的当前飞行路径上不存在逆风飞行的状态；

21、步骤s3，利用下面公式（3），将当前飞行路径上是否存在风速大于预设风速阈值的状态以及当前飞行路径上是否存在逆风飞行的状态与预计的当前状态进行对比生成对比值，并根据所述对比值，进行相应的飞行控制调整，

22、（3）

23、在上述公式（3）中，表示当前时刻所述对比值；表示预计的当前所述无人机的当前飞行路径上是否存在风速大于预设风速阈值的状态判定值；表示预计的当前所述无人机的当前飞行路径上是否存在逆风飞行的状态判定值；

24、若，表示当前时刻风速大于预设风速阈值的状态以及当前时刻存在逆风飞行的状态均未预测正确；

25、若，表示当前时刻风速大于预设风速阈值的状态未预测正确但是当前时刻存在逆风飞行的状态预测正确；

26、若，表示当前时刻风速大于预设风速阈值的状态预测正确但是当前时刻存在逆风飞行的状态未预测正确；

27、若，表示当前时刻风速大于预设风速阈值的状态以及当前时刻存在逆风飞行的状态均预测正确。

28、可选地，基于所述无人机的实时定位信息和所述飞行障碍区间的位置信息，判断是否需要调整所述无人机的飞行状态；当需要调整所述无人机的飞行状态，则基于所述无人机当前所处飞行障碍区间的气流强度状态信息，调整所述无人机的电动舵机的第一动力输出状态，包括：

29、获取所述无人机的实时定位坐标信息和所有飞行障碍区间各自的区间边界位置信息，基于所述实时定位坐标信息和所述区间边界位置信息，判断所述无人机当前是否已经进入其中一个飞行障碍区间；若是，则确定需要调整所述无人机的飞行状态；若否，则确定不需要调整所述无人机的飞行状态；

30、当需要调整所述无人机的飞行状态，则基于所述无人机当前所处飞行障碍区间与所述无人机的飞行方向平行的方向上的气流强度梯度变化信息；基于所述气流强度梯度变化信息，确定所述无人机以预设速度保持匀速飞行状态下所述无人机所有旋翼各自所需的驱动力大小；再基于所述驱动力大小，调整所有旋翼各自对应的电动舵机的输出动力值大小。

31、可选地，获取所述无人机的飞行动态数据，对所述飞行动作数据进行分析，判断所述无人机是否发生飞行不稳定事件；当发生飞行不稳定事件，则调整所述电动舵机的第二动力输出状态，包括：

32、获取所述无人机在飞行过程中的飞行姿态角变化数据，对所述飞行姿态角变化数据进行分析，得到所述无人机在飞行过程中的航向角偏移速率和俯仰角偏移速率；若所述航向角偏移速率大于第一角度偏移速率阈值或所述俯仰角偏移速率大于第二角度偏移速率阈值，则判断所述无人机发生飞行不稳定事件；否则，判断所述无人机未发生飞行不稳定事件；

33、当发生飞行不稳定事件，则基于所述无人机的最大航向角偏移值和/或最大俯仰角偏移值，调整所述无人机的所有旋翼各自对应的电动舵机的输出动力方向。

34、用于无人机的电动舵机运行控制系统，包括：

35、气流运动数据获取与分析模块，用于获取无人机当前所处飞行环境的气流运动数据，对所述气流运动数据进行分析，得到所述飞行环境的风场分布状态信息；

36、飞行障碍区间确定模块，用于将所述风场分布状态信息与所述无人机的预计飞行路径信息进行对比，确定所述无人机在飞行过程对应的所有飞行障碍区间；

37、无人机飞行状态调整确认模块，用于基于所述无人机的实时定位信息和所述飞行障碍区间的位置信息，判断是否需要调整所述无人机的飞行状态；

38、第一电动舵机调整模块，用于当需要调整所述无人机的飞行状态，则基于所述无人机当前所处飞行障碍区间的气流强度状态信息，调整所述无人机的电动舵机的第一动力输出状态；

39、无人机飞行稳定性识别模块，用于获取所述无人机的飞行动态数据，对所述飞行动作数据进行分析，判断所述无人机是否发生飞行不稳定事件；

40、第二电动舵机调整模块，用于当发生飞行不稳定事件，则调整所述电动舵机的第二动力输出状态。

41、可选地，所述气流运动数据获取与分析模块用于获取无人机当前所处飞行环境的气流运动数据，对所述气流运动数据进行分析，得到所述飞行环境的风场分布状态信息，包括：

42、获取无人机当前所处飞行环境范围内若干基站各自采集得到的风速数据和风向数据，基于所有基站各自在所述飞行环境范围内的位置信息，对所述风速数据和所述风向数据进行连续化拟合处理，得到所述飞行环境的风场分布状态信息；其中，所述风场分布状态信息包括所述飞行环境全局范围内的连续风速和风向分布状态信息；

43、所述飞行障碍区间确定模块用于将所述风场分布状态信息与所述无人机的预计飞行路径信息进行对比，确定所述无人机在飞行过程对应的所有飞行障碍区间，包括：

44、将所述风场分布状态信息与所述无人机的预计飞行路径信息进行对比，确定所述无人机的预计飞行路径上存在的所有风速大于预设风速阈值的飞行区间和所有逆风飞行区间，以此作为所述无人机在飞行过程中的飞行障碍区间。

45、可选地，所述无人机飞行状态调整确认模块用于基于所述无人机的实时定位信息和所述飞行障碍区间的位置信息，判断是否需要调整所述无人机的飞行状态，包括：

46、获取所述无人机的实时定位坐标信息和所有飞行障碍区间各自的区间边界位置信息，基于所述实时定位坐标信息和所述区间边界位置信息，判断所述无人机当前是否已经进入其中一个飞行障碍区间；若是，则确定需要调整所述无人机的飞行状态；若否，则确定不需要调整所述无人机的飞行状态；

47、所述第一电动舵机调整模块用于当需要调整所述无人机的飞行状态，则基于所述无人机当前所处飞行障碍区间的气流强度状态信息，调整所述无人机的电动舵机的第一动力输出状态，包括：

48、当需要调整所述无人机的飞行状态，则基于所述无人机当前所处飞行障碍区间与所述无人机的飞行方向平行的方向上的气流强度梯度变化信息；基于所述气流强度梯度变化信息，确定所述无人机以预设速度保持匀速飞行状态下所述无人机所有旋翼各自所需的驱动力大小；再基于所述驱动力大小，调整所有旋翼各自对应的电动舵机的输出动力值大小。

49、可选地，所述无人机飞行稳定性识别模块用于获取所述无人机的飞行动态数据，对所述飞行动作数据进行分析，判断所述无人机是否发生飞行不稳定事件，包括：

50、获取所述无人机在飞行过程中的飞行姿态角变化数据，对所述飞行姿态角变化数据进行分析，得到所述无人机在飞行过程中的航向角偏移速率和俯仰角偏移速率；若所述航向角偏移速率大于第一角度偏移速率阈值或所述俯仰角偏移速率大于第二角度偏移速率阈值，则判断所述无人机发生飞行不稳定事件；否则，判断所述无人机未发生飞行不稳定事件；

51、所述第二电动舵机调整模块用于当发生飞行不稳定事件，则调整所述电动舵机的第二动力输出状态，包括：

52、当发生飞行不稳定事件，则基于所述无人机的最大航向角偏移值和/或最大俯仰角偏移值，调整所述无人机的所有旋翼各自对应的电动舵机的输出动力方向。

53、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

54、本技术提供的用于无人机的电动舵机运行控制方法和系统分析无人机当前所处飞行环境的气流运动数据，得到飞行环境的风场分布状态信息，并与无人机的预计飞行路径信息对比，确定无人机飞行过程中存在的飞行障碍区间，对无人机的飞行环境进行区间划分，便于后续只在特定区间进行电动舵机运行控制；还基于无人机的实时定位信息和飞行障碍区间的位置信息，判断是否需要调整无人机的飞行状态，并结合无人机当前所处飞行障碍区间的气流强度状态信息，调整电动舵机的第一动力输出状态，保证为无人机提供充足的驱动力；还基于无人机的飞行动态数据，判断是否发生飞行不稳定事件，以此调整电动舵机的第二动力输出状态，使得无人机保持平稳飞行，提高无人机的飞行安全性和可靠性。