四旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)估計(jì)與控制研究.pdf

1、在緊急救援中，利用四旋翼無(wú)人機(jī)的自主飛行功能，可高效低成本地向救援現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)送物資。受限于飛行器控制精度、能耗等因素，四旋翼無(wú)人機(jī)一直沒能在救援任務(wù)中得到廣泛的應(yīng)用。近幾年，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，四旋翼無(wú)人機(jī)綜合了控制、傳感器、電子信息、定位技術(shù)，在整機(jī)結(jié)構(gòu)及材料、重量及制造工藝等方面有了很大的提升，使四旋翼無(wú)人機(jī)在急救物資運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。本文主要對(duì)小型四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行一些研究，以期對(duì)其在未來實(shí)際應(yīng)用提供一些幫助。所做的研究工作和完

2、成結(jié)果總結(jié)如下：
　　(1)本文分析了四旋翼無(wú)人機(jī)的研究成果及文獻(xiàn)資料，介紹了四旋翼無(wú)人機(jī)的“進(jìn)化史”以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。闡述了小型無(wú)人機(jī)的核心技術(shù)以及現(xiàn)階段的技術(shù)瓶頸。
　　(2)根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)六個(gè)自由度姿態(tài)的運(yùn)行原理，分析了動(dòng)力裝置的受力情況，建立了飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)模型。結(jié)合飛行姿態(tài)解算理論，分別闡述了基于歐拉角算法和四元數(shù)算法的姿態(tài)解算模型。
　　(3)本文根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)應(yīng)用需求和機(jī)械結(jié)構(gòu)，并結(jié)合飛行器控制原

3、理，設(shè)計(jì)了飛行器控制硬件系統(tǒng)，選擇飛行器架構(gòu)并完成了整個(gè)飛行器樣機(jī)的搭建。
　　(4)鑒于四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)采集模塊的誤差，提出基于非線性互補(bǔ)濾波器的姿態(tài)估計(jì)算法。對(duì)比EKF（擴(kuò)展卡爾曼濾波器）濾波算法，該算法不僅在運(yùn)行速度上有優(yōu)勢(shì)，而且更易于在飛控微處理器上實(shí)現(xiàn)。
　　(5)根據(jù)飛行器動(dòng)力學(xué)模型和姿態(tài)估計(jì)算法，分別提出了基于PID、PID-PI嵌套控制算法和反演的滑?？刂扑惴ǎ?duì)各算法的控制效果進(jìn)行了對(duì)比分析。最后，本文進(jìn)