本發(fā)明涉及無人機(jī)技術(shù)，尤其涉及一種無人機(jī)運(yùn)行控制方法和無人機(jī)。

背景技術(shù)：

無人機(jī)是指通過無限遙控技術(shù)控制，并基于自身程序運(yùn)行的不載人飛行器。無人機(jī)在軍用方面具有悠久的歷史，近年來使用領(lǐng)域逐漸向民用領(lǐng)域發(fā)展，廣泛應(yīng)用于航空拍攝、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救援等領(lǐng)域，并逐漸向快遞運(yùn)輸?shù)确较驍U(kuò)展，具有良好的商業(yè)前景。

四軸無人機(jī)，又稱四旋翼直升機(jī)是無人機(jī)的一種，可以實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動、俯仰運(yùn)動、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動的多種飛行姿態(tài)。上述多種飛行姿態(tài)分別通過CPU輸出四路PWM信號控制四個(gè)電機(jī)工作。在四軸無人機(jī)平穩(wěn)飛行時(shí)，CPU輸出PWM信號控制其中一對電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)、另一對電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)。但是，在飛行過程中，經(jīng)常發(fā)生從一種飛行姿態(tài)調(diào)整為平穩(wěn)飛行狀態(tài)時(shí)，機(jī)身整體抖動。這是由于PWM信號在切換動作時(shí)為異步信號造成的，異步信號使得四軸無人機(jī)懸浮不穩(wěn)。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中的四軸無人機(jī)存在從飛行姿態(tài)調(diào)整為平穩(wěn)飛行狀態(tài)時(shí)，機(jī)身整體抖動，懸浮不穩(wěn)的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種無人機(jī)運(yùn)行控制方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中四軸無人機(jī)從飛行姿態(tài)調(diào)整為平穩(wěn)飛行狀態(tài)時(shí)，機(jī)身整體抖動，懸浮不穩(wěn)的問題。

本發(fā)明提供一種無人機(jī)運(yùn)行控制方法，包括以下步驟：

接收飛行狀態(tài)信號，判定是否按照懸浮飛行模式飛行；

如果判定按照懸浮飛行模式飛行，通過控制支路輸出第一控制信號至第一電機(jī)，通過接口支路分別輸出第二控制信號和第三控制信號至第二電機(jī)和第三電機(jī)；通過控制支路或接口電路輸出第四控制信號至第四電機(jī)；所述第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號中的至少兩個(gè)同頻同相；其中，所述控制支路包括PLL鎖相環(huán)電路，所述PLL鎖相環(huán)電路的輸出端輸出控制信號至其中至少一臺電機(jī)；所述PLL鎖相環(huán)電路通過開關(guān)元件的開關(guān)通路連接所述接口支路。

進(jìn)一步的，所述接口支路包括第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路，所述PLL鎖相環(huán)電路分別通過第一開關(guān)元件的開關(guān)通路連接所述第一接口支路，通過第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的開關(guān)通路連接所述第二接口支路，通過第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件和第三開關(guān)元件的開關(guān)通路連接第三接口支路，還包括以下步驟：

如果判定按照懸浮飛行模式飛行，則進(jìn)一步判定電機(jī)預(yù)定運(yùn)行狀態(tài)；

如果電機(jī)預(yù)定運(yùn)行狀態(tài)為整體同步，處理器輸出設(shè)定信號至所述PLL鎖相環(huán)電路的輸入端，所述PLL鎖相環(huán)電路輸出第一控制信號至第一電機(jī)；處理器通過三個(gè)輸出端口分別輸出第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號和第三開關(guān)信號至所述第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路，所述第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件和第三開關(guān)元件導(dǎo)通，接口支路輸出所述第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號至第二電機(jī)、第三電機(jī)和第四電機(jī)；

所述第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號同頻同相。

進(jìn)一步的，所述處理器還分別通過第二控制支路、第三控制支路和第四控制支路連接第二電機(jī)、第三電機(jī)和第四電機(jī)，其中所述第一控制支路中設(shè)置有第一PLL鎖相環(huán)電路，第四控制支路中設(shè)置有第二PLL鎖相環(huán)電路；

還包括以下步驟，如果判定所述電機(jī)預(yù)定運(yùn)行狀態(tài)為部分同步，處理器通過第一PLL鎖相環(huán)電路輸出第一控制信號至第一電機(jī)，通過第二PLL鎖相環(huán)電路輸出第四控制信號至第四電機(jī)；處理器通過三個(gè)輸出端口分別輸出第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號和第三開關(guān)信號至第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路，所述第一開關(guān)元件和第三開關(guān)元件導(dǎo)通，第二開關(guān)元件關(guān)斷，接口支路輸出所述第二控制信號和第三控制信號至所述第二電機(jī)和第三電機(jī)；

所述第一控制信號和第二控制信號同頻同相，所述第三控制信號和第四控制信號同頻同相。

進(jìn)一步的，如果判定按照非懸浮飛行模式飛行，所述第一控制支路、第二控制支路、第三控制支路和第四控制支路分別輸出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號至第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)和第四電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述第一控制支路、第二控制支路、第三控制支路和第四控制支路接收所述處理器生成PWM控制信號。

進(jìn)一步的，所述第一接口支路、第二接口支路、第三接口支路接收所述處理器生成的電平信號。

優(yōu)選的，所述第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件和第三開關(guān)元件為NMOS管。

進(jìn)一步的，所述PLL鎖相環(huán)電路包括依次連接的鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控式晶體振蕩器。

為了提高PWM控制信號的驅(qū)動能力，所述控制支路的輸入端和輸出端分別設(shè)置有驅(qū)動門電路。

采用本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法，通過處理器的判定、不同的輸出端口和信號輸出路徑的自動選取使得四個(gè)電機(jī)可以根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)接收到同步或者異步信號，如果電機(jī)接收到的為同步控制信號，則可以保持電機(jī)接收到的同步信號始終同頻同相，在懸浮飛行狀態(tài)時(shí)無人機(jī)不會由于周邊電路的設(shè)計(jì)出現(xiàn)抖動。本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法具有控制方式靈活、硬件結(jié)構(gòu)合理且無需昂貴的控制芯片驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明同時(shí)公開了一種無人機(jī)，采用無人機(jī)運(yùn)行控制方法控制。無人機(jī)運(yùn)行控制方法包括以下步驟：

接收飛行狀態(tài)信號，判定是否按照懸浮飛行模式飛行；

如果判定按照懸浮飛行模式飛行，通過控制支路輸出第一控制信號至第一電機(jī)，通過接口支路分別輸出第二控制信號和第三控制信號至第二電機(jī)和第三電機(jī)；通過控制支路或接口電路輸出第四控制信號至第四電機(jī)；所述第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號中的至少兩個(gè)同頻同相；其中，所述控制支路包括PLL鎖相環(huán)電路，所述PLL鎖相環(huán)電路的輸出端輸出控制信號至其中至少一臺電機(jī)；所述PLL鎖相環(huán)電路通過開關(guān)元件的開關(guān)通路連接所述接口支路。

本發(fā)明公開的無人機(jī)通過處理器和電機(jī)之間信號傳遞輸出端口和信號傳遞路徑的選擇，克服了無人機(jī)在平穩(wěn)飛行狀態(tài)飛行時(shí)容易出現(xiàn)抖動的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法中所采用的電路連接示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)運(yùn)行時(shí)的波形檢測圖；

圖3為采用本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法控制無人機(jī)運(yùn)行一種運(yùn)行狀態(tài)的波形檢測圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1所示，本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法主要應(yīng)用在四軸無人機(jī)上，在無人機(jī)中設(shè)置有四臺電機(jī)，分別為如圖所示的第一電機(jī)M1、第二電機(jī)M2、第三電機(jī)M3和第四電機(jī)M4。根據(jù)四軸無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，第一電機(jī)M1、第二電機(jī)M2、第三電機(jī)M3和第四電機(jī)M4分別在處理器U1的控制下運(yùn)行在不同工況。與現(xiàn)有技術(shù)完全不同，本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法采用以下步驟控制無人機(jī)的運(yùn)行。首先，處理器U1接收飛行狀態(tài)信號，飛行狀態(tài)信號可能來源于遙控設(shè)備、或者處理器U1中存儲的通過程序設(shè)定的飛行狀態(tài)，或者來源于根據(jù)其它檢測設(shè)備結(jié)果自動產(chǎn)生的飛行狀態(tài)選擇信號。當(dāng)處理器U1接收到飛行狀態(tài)信號后，首先對飛行狀態(tài)信號進(jìn)行判定，如果判定結(jié)果為下一步按照懸浮飛行模式飛行，則進(jìn)行下一步控制。

如圖1所示，在本實(shí)施例中，處理器U1和電機(jī)之間分別通過控制支路和接口支路連接。其中控制支路用于輸出處理器U1生成的PWM信號，是PWM信號的傳輸通道。在處理器U1和第一電機(jī)M1之間設(shè)置有第一控制支路，在處理器U1和第二電機(jī)M2之間設(shè)置有第二控制支路，在處理器U1和第三電機(jī)M3之間設(shè)置有第三控制支路，在處理器U1和第四電機(jī)M4之間設(shè)置有第四控制支路，處理器U1端通過四個(gè)端口PWM1、PWM2、PWM3、PWM4輸出控制信號。在傳統(tǒng)的控制模式中，當(dāng)無人機(jī)按照懸浮飛行模式飛行時(shí)，分別通過四個(gè)控制支路輸出PWM信號控制電機(jī)，雖然在處理器U1端設(shè)定輸出的PWM信號是同頻同相的，但是由于周邊電路的設(shè)計(jì)和多個(gè)端口輸出信號的差異，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的波形檢測圖如圖2所示，實(shí)際在電機(jī)一端檢測到的信號是具有明顯差異異步控制信號，實(shí)踐證明正是由于這個(gè)原因?qū)е聼o人機(jī)發(fā)生抖動。為了避免出現(xiàn)這一問題，在本實(shí)施例所公開的控制方法中，在其中一個(gè)或多個(gè)控制支路中設(shè)置有PLL鎖相環(huán)電路。

參見圖1所示，以在第一控制支路中設(shè)置PLL鎖相環(huán)電路為例進(jìn)行詳細(xì)描述。PLL鎖相環(huán)電路的輸入端A通過驅(qū)動門電路U2連接處理器U1的一個(gè)輸出端口PWM1并接收處理器U1端口PWM1輸出的PWM波形信號，PLL鎖相環(huán)電路由依次連接的鑒相器PD、環(huán)路濾波器LF和壓控式晶體振蕩器VCXO組成，為了提高帶載能力，PLL鎖相環(huán)電路的輸出端通過驅(qū)動門電路U9連接第一電機(jī)M1。在處理器U1和第一電機(jī)M1、第二電機(jī)M2和第三電機(jī)M3之間還分別設(shè)置有第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路。第一接口支路、第二接口支路第三接口支路是處理器U1和電機(jī)之間除了PWM信號傳遞通路之外的另一條信號傳遞路徑。第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路的輸入端分別連接處理器U1的一個(gè)輸出端口I/O1、I/O2、I/03以接收處理器U1三個(gè)輸出端口輸出的電平信號并輸出至至第一開關(guān)元件Q1、第二開關(guān)元件Q2和第三開關(guān)元件Q3的控制端。為了對第一開關(guān)元件Q1、第二開關(guān)元件Q2和第三開關(guān)元件Q3進(jìn)行控制，第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路的輸入端分別接收處理器U1輸出端口I/O1、I/O2、I/03輸出的獨(dú)立電平信號。設(shè)置在第一控制電路上的PLL鎖相環(huán)電路的輸出端B分別通過第一開關(guān)元件Q1的開關(guān)通路連接第二電機(jī)M2、通過第一開關(guān)元件Q1的開關(guān)通路和第二開關(guān)元件Q2的開關(guān)通路連接第三電機(jī)M3、通過第一開關(guān)元件Q1的開關(guān)通路、第二開關(guān)元件Q2的開關(guān)通路和第三開關(guān)元件Q3的開關(guān)通路連接第四電機(jī)M4。

當(dāng)判定結(jié)果為下一步按照懸浮飛行模式飛行之后，則進(jìn)一步判定電機(jī)預(yù)定的運(yùn)行狀態(tài)。如果無人機(jī)需要保持平穩(wěn)飛行，需要四個(gè)電機(jī)全部同步動作，處理器U1通過一個(gè)輸出端口向第一控制支路輸出設(shè)定的PWM信號，并進(jìn)一步通過驅(qū)動門電路U2輸出至PLL鎖相環(huán)電路的輸入端A，PLL鎖相環(huán)電路輸出第一控制信號至第一電機(jī)M1。同時(shí)，處理器U1通過三個(gè)與接口支路連通的輸出端口I/O1、I/O2、I/03輸出第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號和第三開關(guān)信號至第一接口支路上的第一開關(guān)元件Q1的控制端，第二接口支路上的第二開關(guān)元件Q2的控制端以及第三接口支路上的第三開關(guān)元件Q3的控制端，第一開關(guān)元件Q1、第二開關(guān)元件Q2和第三開關(guān)元件Q3接收第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號和第三開關(guān)信號后開關(guān)通路導(dǎo)通，在這種信號傳遞狀態(tài)下，PLL鎖相環(huán)電路的輸出端B通過開關(guān)元件的開關(guān)通路和第二電機(jī)M2、第三電機(jī)M3和第四電機(jī)M4連通，所以，此時(shí)第二電機(jī)M2、第三電機(jī)M3和第四電機(jī)M4通過接口支路接收到與第一控制信號同頻同相的第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號，并且第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號在PLL鎖相環(huán)電路的作用下始終保持同頻同相，達(dá)到無人機(jī)從一個(gè)飛行動作變換到懸浮飛行動作時(shí)不會發(fā)生抖動的技術(shù)效果。參見圖3所示的運(yùn)行效果波形檢測圖。

如果判定電機(jī)預(yù)定運(yùn)行狀態(tài)為部分同步，比如進(jìn)行偏航飛行時(shí)，為了克服空氣阻力形成的與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，需要使得分布在對角線上的一對電機(jī)同步運(yùn)行。因此，為了應(yīng)對這種情況，除了在第一控制支路上設(shè)置PLL鎖相環(huán)電路之外，在第四控制支路上也設(shè)置PLL鎖相環(huán)電路。同樣的，設(shè)置在第四控制支路上的第二PLL鎖相環(huán)電路的輸入端C也通過驅(qū)動門電路U5連接處理器U1的一個(gè)輸出端口并接收處理器U1端口輸出的PWM波形信號，兩路PLL鎖相環(huán)電路均由依次連接的鑒相器PD、環(huán)路濾波器LF和壓控式晶體振蕩器VCXO組成。設(shè)置在第四控制支路上的第二PLL鎖相環(huán)電路的輸出端通過驅(qū)動門電路U6連接第四電機(jī)M4。

由于需要其中兩個(gè)電機(jī)動作，處理器U1通過一個(gè)獨(dú)立的輸出端口向第一控制支路輸出設(shè)定的PWM信號至設(shè)置在第一控制支路上的第一PLL鎖相環(huán)電路的輸入端，第一PLL鎖相環(huán)電路輸出第一控制信號至第一電機(jī)M1，同時(shí)處理器U1通過另一個(gè)獨(dú)立的輸出端口向第四控制支路輸出設(shè)定的PWM信號至設(shè)置在第四控制支路上的第二PLL鎖相環(huán)電路的輸入端，PLL鎖相環(huán)電路輸出第四控制信號至第四電機(jī)M4。同時(shí)，處理器U1通過三個(gè)與接口支路連通的端口輸出第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號和第三開關(guān)信號至第一接口支路上的第一開關(guān)元件Q1的控制端，第二接口支路上的第二元件的控制端以及第三接口支路上的第三開關(guān)元件Q3的控制端，第一開關(guān)元件Q1，第三開關(guān)元件Q3的開關(guān)通路導(dǎo)通，第二開關(guān)元件Q2的開關(guān)通路保持關(guān)斷狀態(tài)。在這種信號傳遞狀態(tài)下，設(shè)置在第一控制支路中的第一PLL鎖相環(huán)電路的輸出端通過開關(guān)元件的開關(guān)通路和第二電機(jī)M2連通，設(shè)置在第四控制支路中的PLL鎖相環(huán)電路的輸出端通過開關(guān)元件的開關(guān)通路和第三電機(jī)M3連通。所以，此時(shí)第二電機(jī)M2通過接口支路接收到與第一控制信號同頻同相的第二控制信號，第三電機(jī)M3通過第三接口支路接收到與第四控制信號同頻同相的第三控制信號。采用此種控制方法，可以有效地避免從一個(gè)飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換至同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其中對應(yīng)兩兩電機(jī)保持同時(shí)運(yùn)行。

當(dāng)處理器U1判定無人機(jī)按照非懸浮飛行模式飛行時(shí)，第一電機(jī)M1、第二電機(jī)M2、第三電機(jī)M3和第四電機(jī)M4接收四個(gè)獨(dú)立的輸出端口(PWM1、PWM2、PWM3和PWM4)輸出的異步PWM控制信號。此時(shí)，處理器U1通過第一控制支路、第二控制支路、第三控制支路和第四控制之路分別輸出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號至第一電機(jī)M1、第二電機(jī)M2、第三電機(jī)M3和第四電機(jī)M4，并同時(shí)通過第一接口支路、第二接口支路、第三接口支路輸出電平信號至第一開關(guān)元件Q1、第二開關(guān)元件Q2、第三開關(guān)元件Q3的控制端，控制第一開關(guān)元件Q1、第二開關(guān)元件Q2和第三開關(guān)元件Q3的開關(guān)通路斷開。從而實(shí)現(xiàn)四個(gè)電機(jī)的異步運(yùn)行。

在上述運(yùn)行控制方法所采用的電路連接關(guān)系中，為了提高PWM信號的帶載能力，在第一控制支路的輸入端還設(shè)置有驅(qū)動門電路U2,第二控制支路的輸入端設(shè)置有驅(qū)動門電路U3，在輸出端設(shè)置有驅(qū)動非門U8,第三控制支路的輸入端設(shè)置有驅(qū)動門電路U4，在輸出端設(shè)置有驅(qū)動非門U7，第四控制支路的輸入端設(shè)置有驅(qū)動門電路U5,在輸出端設(shè)置有驅(qū)動們電路U6。在上述實(shí)施例中，第一開關(guān)元件Q1、第二開關(guān)元件Q2和第三開關(guān)元件Q3優(yōu)選為NMOS管，NMOS管的柵極分別連接處理器U1的一個(gè)輸出端口I/O1、I/O2、I/03并接收處理器U1輸出的電平信號。

在上述實(shí)施例的描述中，“第一”、“第二”、“第三”和“第四”僅是為了使得對技術(shù)方案的描述更為清晰，而不是對技術(shù)方案本身的限定。

采用本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法，通過處理器U1的判定、不同的輸出端口和信號輸出路徑的選取使得四個(gè)電機(jī)可以根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)接收到同步或者異步信號，同時(shí)可以保持電機(jī)接收到的同步信號始終同頻同相，在懸浮飛行狀態(tài)時(shí)無人機(jī)不會出現(xiàn)抖動。本發(fā)明所公開的無人機(jī)運(yùn)行控制方法具有控制方式靈活、硬件結(jié)構(gòu)合理且無需昂貴的控制芯片驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明同時(shí)公開了一種無人機(jī)，采用如上述實(shí)施例所公開的運(yùn)行控制方法進(jìn)行運(yùn)行，本發(fā)明公開的無人機(jī)通過處理器U1和電機(jī)之間信號傳遞輸出端口和信號傳遞路徑的選擇，克服了無人機(jī)在平穩(wěn)飛行狀態(tài)飛行時(shí)容易出現(xiàn)抖動的問題。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。