[发明专利]无人机的旋翼飞行到固定翼飞行的切换方法

权利要求书

1.无人机的旋翼飞行到固定翼飞行的切换方法，所述无人机包括机身，所述机身上设有左电机、右电机、左副翼舵机和右副翼舵机，其特征在于，所述机身上还设有陀螺仪、磁罗盘和GPS导航模块，包括如下步骤：

S1：在无人机接收到切换指令后，进入步骤S2；

S2：计算无人机的当前姿态，包括计算无人机在旋翼状态下的期望俯仰角，记为pitch1，计算无人机在固定翼状态下的期望俯仰角，记为pitch2，计算无人机的油门输出，记为throttle_out，将无人机在旋翼状态下的期望横滚角设置为0，将无人机在旋翼状态下的期望偏航角设置为接收到切换指令前的值；

S3：识别无人机的当前飞行状态，如果无人机在固定翼状态，则执行步骤S4，如果无人机在旋翼状态，则执行步骤S9；

S4：进行摇杆量PID动态因子计算，具体如下：

先读取无人机的横滚摇杆数值、俯仰摇杆数值、偏航摇杆数值和油门摇杆数值，分别记为RC_ROLL、RC_PITCH、RC_YAW和RC_THROTTLE；然后基于油门摇杆数值计算油门比例动态系数，记为dynamic.thr_kp；最后基于油门摇杆数值计算油门速率，记为thr_rate，基于油门速率、横滚摇杆数值、俯仰摇杆数值、偏航摇杆数值计算横滚动态比例系数、俯仰动态比例系数和偏航动态比例系数，分别记为dynamic.r_kp、dynamic.p_kp和dynamic.y_kp；

S5：进行固定翼角度环计算，具体如下：

对步骤S2中计算的固定翼状态下的期望俯仰角和无人机的当前飞行姿态分别进行比例计算和积分计算，得到第一计算结果和第二计算结果，分别记为target_bf.y和angle_pitch.iout；

根据设定的固定翼期望横滚值和无人机的当前飞行姿态分别进行比例计算和积分计算，得到第三计算结果和第四计算结果，分别记为target_bf.x和angle_roll.iout；

根据设定的固定翼期望偏航值和无人机的当前飞行姿态进行比例计算，得到第五计算结果，记为target_bf.z；

S6：进行固定翼角速度环计算，具体如下：

先读取陀螺仪在X方向、Y方向和Z方向的方向角速度数值，分别记为gyro_rate.x、gyro_rate.y和gyro_rate.z；

然后将gyro_rate.x与dynamic.r_kp相乘得到陀螺仪在X方向的动态角速度，记为gyro_dynrate_current.x；

将gyro_rate.y与dynamic.p_kp相乘得到陀螺仪在Y方向的动态角速度，记为gyro_dynrate_current.y；

将gyro_rate.z与dynamic.y_kp相乘得到螺仪在Z方向的动态角速度，记为gyro_dynrate_current.z；

接着计算无人机在X方向、Y方向和Z方向的角速度环误差，分别记为gyro_error.x、gyro_error.y和gyro_error.z；计算公式如下：

gyro_error.x＝(1-dynamic.thr_kp)*target_bf.x-gyro_dynrate_current.x；

gyro_error.y＝(1-dynamic.thr_kp)*target_bf.y-gyro_dynrate_current.y；

gyro_error.z＝target_bf.z-gyro_dynrate_current.z；

然后对无人机在X方向、Y方向和Z方向的角速度环误差分别进行PI运算，获得第一运算结果、第二运算结果和第三运算结果，分别记为output.x、output.y和output.z；计算公式如下：

output.x＝kpout.x*gyro_error.x+angle_roll.iout；

output.y＝kpout.y*gyro_error.y+angle_pitch.iout；

output.z＝kpout.z*gyro_error.z；kpout.x、kpout.y和kpout.z为比例系数；

S7：调整无人机的左电机输出、右电机输出、左舵机输出和右舵机输出，具体如下：

左电机输出＝throttle_out+K10*output.z；

右电机输出＝throttle_out-K11*output.z；

左舵机输出＝上一次左舵机输出*K12+(output.y+output.x)*K14；

右舵机输出＝上一次右舵机输出*K13+(output.y-output.x)*K15；

其中K10、K11、K12、K13、K14和K15均为比例系数；

S8：判断无人机的当前飞行状态是否切换成功，如果无人机切换成功进入到固定翼模式，则结束步骤S8，反之则返回步骤S2；

S9：进行旋翼角度环计算，具体如下：

根据步骤S2中计算的pitch1和无人机实际俯仰角进行PID计算，获得第一中间计算结果，根据步骤S2中期望横滚角和无人机的实际横滚角进行PID计算获得第二中间计算结果，根据步骤S2中的期望偏航角和无人机的实际偏航角进行PID计算获得第三中间计算结果；

S10：进行旋翼角速度环计算，具体如下：

先读取陀螺仪在X方向、Y方向和Z方向的方向角速度数值，分别记为gyro_rate1.x、gyro_rate1.y和gyro_rate1.z；根据步骤S9中的第一中间计算结果和gyro_rate1.y进行PID计算，获得第一输出结果，记为pitch_out，根据步骤S9中的第二中间计算结果和gyro_rate1.x进行PID计算，获得第二输出结果，记为roll_out，根据步骤S9中的第三中间计算结果和gyro_rate1.z进行PID计算，获得第三输出结果，记为yaw_out；

S11：然后调整无人机的左电机输出、右电机输出、左舵机输出和右舵机输出，具体如下：

根据第一输出结果和第二输出结果计算第三输出结果的比例系数，记为rate_xy_yaw，具体如下：如果pitch_out的绝对值小于K50，则系数scale1为1，如果pitch_out的绝对值大于K50，则系数scale1＝2-pitch_out绝对值/K50，K50为判定阈值；如果roll_out的绝对值小于K50，则系数scale2为2，如果roll_out的绝对值大于K50，则系数scale2＝2-roll_out绝对值/K50，K50为判定阈值；rate_xy_yaw＝(scale1+scale2)/2；

左电机输出＝throttle_out+K60*roll_out；

右电机输出＝roll_out-K60*roll_out；

左舵机输出＝上一次左舵机输出*K61+(pitch_out+rate_xy_yaw*yaw_out*K62)*K63；

右舵机输出＝上一次右舵机输出*K61+(-pitch_out+rate_xy_yaw*yaw_out*K62)*K63；K60、K61、K62和K63为比例系数；

S12：返回步骤S2。