本發明屬于多旋翼無人機
技術領域：
，更具體地，涉及一種無人機載荷自識別與參數自匹配方法及地面自適應系統。
背景技術：
：無人機的姿態控制多采用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(簡稱pid參數)來調節無人機的姿態穩定性；三軸即無人機的俯仰軸、橫滾軸、自轉軸，每個軸向上的pid參數均與無人機整體的重量、重心位置、結構特征、動力性能有關，若某個軸向上的pid參數不匹配，則可能會影響到無人機的飛行穩定性，導致無人機飛行時出現姿態抖動，來回晃動，抗風性能變差等現象。現有技術中，對于批量生產的標準化功能的無人機，其功能、結構、所搭載的任務載荷是確定的，通常是在出廠前將調校好的三軸方向的參數存入無人機飛行控制器；其優點在于用戶可以免調試直接使用，但是這套參數只適應單一的場景，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，根據需求搭配任務載荷以實現不同的功能；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、重量所產生的影響不同；若更換載荷后不做參數調整直接起飛執行任務，將會影響整機的飛行穩定性；現有技術在更換載荷后的調整是通過對無人機的飛行控制器重新寫入pid參數來實現的，而未實現在更換載荷后自動地進行控制參數匹配。技術實現要素：針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種無人機載荷自識別與參數自匹配方法及地面自適應系統；其目的在于實現無人機對所搭載載荷的自動識別以及控制參數自動匹配，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自動調整功能的問題，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場設置就能發揮出最佳飛行穩定性。為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種無人機載荷自識別方法，當載荷搭載到無人機上，由無人機的飛行控制器向載荷發送查詢指令，載荷根據接收到的查詢指令向飛行控制器發送包含載荷編號的應答信息，飛行控制器從接收到的應答信息中解析出載荷編號，實現無人機載荷的自動識別。優選地，上述無人機載荷自識別方法，其查詢指令的幀格式為：幀頭、有效字節數、幀序號、系統號、組件號、指令碼、有效數據、校驗碼。優選地，上述無人機載荷自識別方法，其應答消息的幀格式為：幀頭、有效字節數、幀序號、系統號、組件號、指令碼、有效數據、校驗碼；其中，有效數據包括載荷編號。為實現本發明目的，按照本發明的另一個方面，提供了一種無人機地面自適應系統，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送無人機飛行控制指令、獲取無人機飛行狀態數據；載荷控制模塊用于在主控模塊的控制下發送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數據；界面控制模塊用于在主控模塊的控制下根據當前無人機當前搭載的載荷打開當前載荷所對應的控制界面，并隱藏其他界面；主控模塊則用于根據外部輸入指令將系統任務分配到無人機控制模塊、載荷控制模塊或界面控制模塊，并管理全局參數和資源，存儲過程數據。為實現本發明目的，按照本發明的另一個方面，提供了一種無人機參數自匹配方法，在飛行控制器內預存(n+1)組控制參數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p0作為當前控制參數來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態調整；若飛行控制器識別出載荷編號x，則調取第x組控制參數px來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態調整，由此實現在預設的載荷類型范圍內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定性；其中，1≤x≤n；其中，p0是無人機空載狀態的飛行姿態控制參數，p1、p2、…、px、…、pn是與預設的n種載荷一一對應的控制參數。優選地，上述無人機參數自匹配方法，每組控制參數包括載荷類型、開關編碼、關鍵字節、以及飛行姿態控制參數；其中，飛行姿態控制參數包括俯仰軸、橫滾軸和轉向軸方向的pid控制參數。優選地，上述無人機參數自匹配方法，具體包括如下步驟：(1)系統初始化，包括無人機各模塊自檢，與載荷進行握手通信，確定載荷的狀態與載荷編號，與地面控制系統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據幀，若是，則從接收到的載荷類型標識數據幀中解析出載荷編號x，并進入步驟(4)；若否，則以飛行控制器內預存的第0組控制參數p0作為當前控制參數來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態調整；(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，則表明系統異常，則鎖死無人機的飛行控制器和動力系統并發送報警提示；(5)則以飛行控制器內預存的第x組控制參數px作為當前控制參數來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態調整。總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果。(1)本發明提供的無人機載荷自識別方法，根據飛行控制器與載荷端之間預設的協議，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載荷的自動識別；(2)本發明提供的無人機參數自匹配方法，基于載荷自動識別機制，在識別出載荷類型、并根據載荷類型數據幀獲取到載荷的重量、體積、重心等影響飛行的關鍵參數之后，以載荷類型為依據自動從飛行控制器內預存的多組控制參數中調取與載荷匹配的控制參數來控制無人機進行動力調整，以提供與載荷匹配的動力輸出，并自動依據載荷類型通過控制參數進行飛行姿態調整，以自適應各類載荷對無人機本身的重心所產生的影響；可擴展性更強，可以適配多種不同的任務載荷，并且不需要進行任何現場設置就能發揮出最穩定的飛行性能，可在使用現場對在整機額定載重范圍內各種重量、形狀、類型的任務載荷進行自動匹配，且均能實現很好的抗風和自穩定性能；(3)本發明提供的無人機地面自適應系統，基于載荷自動識別功能，可自動激活載荷所對應的控制界面，自動屏蔽與當前載荷功能無關的界面，實現了地面控制系統智能化，并為多機協同的集群控制方式提供了更好的基礎功能解決方案。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自匹配方法的流程示意圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構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、信號發端；無人機端與載荷端的電源端、接地端一一對應地連接，無人機端的信號發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端相連。當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端向載荷發送查詢指令，載荷在接收到查詢指令后通過載荷端接口的信號發端向無人機發送應答消息，無人機的飛行控制器在接收到應答消息后對應答消息進行解析，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數幀序號系統號組件號指令碼有效數據效驗碼0xaa0x01i0x000x000x350x01crc表2應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指令后向消息發出者反饋0x36指令，0x36指令表示載荷類型應答消息；應答消息接收者根據有效數據字段中第二個字節的數據來確定載荷編號。在根據載荷編號識別出載荷類型之后，根據圖2所示的流程進行無人機參數自匹配，具體包括如下步驟：(1)系統初始化，包括無人機各模塊自檢，與載荷進行握手通信，確定載荷的狀態與載荷編號，與地面控制系統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據幀，若是，則從接收到的載荷類型標識數據幀中解析出載荷編號x，并進入步驟(4)；若否，則以飛行控制器內預存的第0組控制參數p0作為當前系統參數值來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態調整，并進入步驟(6)；本實施例中，第0組控制參數p0是無人機空載狀態的飛行姿態控制參數；(4)判斷是否滿足1≤x≤n，若是，則進入步驟(5)；若否，則表明系統異常，則鎖死無人機的飛行控制器和動力系統并發送報警提示；(5)則以飛行控制器內預存的第x組控制參數px作為當前系統參數值來控制無人機進行動力匹配以及飛行姿態調整，并進入步驟(6)；本實施例中，控制參數px包括載荷類型、開關編碼、關鍵字節、載荷供電電壓，載荷供電電流，功率，通信頻率、以及飛行姿態控制參數中的一種或幾種；其中，飛行姿態控制參數包括俯仰軸、橫滾軸、轉向軸三軸方向的三組pid控制參數；(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發送的無人機狀態指令，讀取無人機內部參數指令、飛行任務規劃指令等，這些指令與控制參數自匹配無關。本實施例所提供的無人機參數自匹配方法，所采用的載荷類型標識數據幀內僅包含載荷編號；與載荷類型所對應的重量、體積、重心等載荷參數與無人機匹配的各種控制參數已經預先調試好并存儲在飛行控制器中。本發明提供的無人機載荷自動識別與控制參數自匹配方法，用于解決現有技術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自動調整功能的問題；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；通過對這n種組合預先進行調試以獲取每種組合的最佳三軸pid控制參數；將n組最佳三軸pid控制參數預存到飛行控制器中，并在飛行控制器的控制協議集中增加一條新的指令，該指令用于實現飛行控制器與地面控制系統查詢載荷的種類；由此，可實現在一架無人駕駛搭載n種任務載荷，在載荷更換后進行載荷自動識別和控制參數匹配，并且在載荷更換之后不需要現場進行控制參數調試。現有的無人機地面控制系統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，用于發送飛行控制指令、獲取無人機飛行狀態數據；二是針對載荷的功能模塊，用于發送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數據等；由于不同的載荷所對應的功能不同，控制方式也不同；現有技術中的這種無人機地面控制系統并不能自動根據所搭載的載荷自動呈現與該載荷相匹配的控制界面和顯示界面，需要人工干預，當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。基于本發明所實現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系統，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送無人機飛行控制指令、獲取無人機飛行狀態數據；載荷控制模塊用于在主控模塊的控制下發送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數據；界面控制模塊用于在主控模塊的控制下根據當前無人機當前搭載的載荷打開當前載荷所對應的控制界面，并隱藏無關界面；主控模塊則用于根據外部輸入指令將系統任務分配到無人機控制模塊、載荷控制模塊或界面控制模塊，并管理全局參數和資源，存儲系統過程數據，包括載荷的傳感器數據，飛行器姿態數據等。本實施例提供的這種無人機地面自適應系統可根據無人機當前搭載的載荷自動打開當前載荷所對應的控制界面，而將其他界面隱藏，大大提高了系統的智能化程度；這一功能在實現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連接到多臺無人機并進行統一管理和控制，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雜任務。傳統的集群控制方式是先設定好不同無人機所搭載的載荷，并根據各載荷的功能編制對應的作業程序；由于地面控制系統與空中系統(無人機與載荷)之間沒有確認實際載荷類型的反饋機制，若在此環節載荷匹配出錯，則可能出現載荷功能誤動作或載荷失控等情況；本發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錯的問題，而本發明提供的無人機地面自適應系統，則可以實時監測每一個無人機和載荷的工作狀態，使系統整體智能化程度大大提高。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁12