四旋翼飛行器姿態(tài)控制算法研究.pdf

1、無(wú)人機(jī)主要分為固定翼和旋翼兩種類型，其中四旋翼無(wú)人機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、成本低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。飛行器的姿態(tài)控制算法是保證飛行器穩(wěn)定飛行的核心，因此研究飛行器姿態(tài)控制算法具有十分重要的意義。
　　本文首先對(duì)飛行器的姿態(tài)解算方法和MEMS傳感器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析與研究，然后利用牛頓-歐拉公式建立了四旋翼動(dòng)力學(xué)模型。在動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用PID算法設(shè)計(jì)了位置控制器和姿態(tài)控制器，并在MATLAB中對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真驗(yàn)

2、證，仿真結(jié)果表明PID控制算法可以保證飛行器穩(wěn)定飛行。
　　系統(tǒng)仿真時(shí)的姿態(tài)反饋信息由飛行器動(dòng)力學(xué)模型解算得到，而實(shí)際飛行器系統(tǒng)的姿態(tài)反饋信息由陀螺儀、磁力計(jì)及加速度計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)合姿態(tài)估計(jì)算法得到。本文首先研究了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波算法和無(wú)跡濾波算法的姿態(tài)估計(jì)算法，針對(duì)上述兩種算法計(jì)算量大且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于改進(jìn)型互補(bǔ)濾波算法的姿態(tài)估計(jì)算法。在MATLAB中分別對(duì)三種算法的估計(jì)精度進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明三種姿態(tài)估

3、計(jì)算法的姿態(tài)角度估計(jì)精度均較高，但本文設(shè)計(jì)的基于改進(jìn)型互補(bǔ)濾波算法的姿態(tài)估計(jì)算法減小了系統(tǒng)計(jì)算量并降低了實(shí)現(xiàn)難度，更加適合低成本處理器系統(tǒng)。
　　基于上述設(shè)計(jì)的控制器與姿態(tài)估計(jì)算法，本文采用STM32F427處理器進(jìn)行了飛行器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并利用該系統(tǒng)進(jìn)行了懸停與飛行運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)和姿態(tài)估計(jì)算法能保證飛行器穩(wěn)定飛行。
　　在飛行器平臺(tái)基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一套用于檢測(cè)大氣PM2.5/10濃度的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，