微小型無人直升機航姿融合和控制技術研究.pdf

1、本文以微小型植保無人直升機為研究對象，針對其傳感器配置，研究并對比了互補濾波算法和卡爾曼濾波算法在航姿融合中的應用方法和估值精度，并根據(jù)樣例無人直升機特性，設計了無人直升機各通道基于操縱桿的控制律。從兩個方面對其航姿融合技術以及控制技術進行了深入研究。微慣性傳感器及其組合測量單元在低成本無人直升機導航與控制系統(tǒng)中應用越來越廣泛，然而采用微機械陀螺儀估計姿態(tài)存在因漂移帶來的隨機誤差，采用加速度計估計姿態(tài)容易受到運動加速度的影響，針對以上問

2、題，本文利用微機械陀螺、加速度計、磁力計進行了姿態(tài)融合算法的研究。
　　首先用單一傳感器估計姿態(tài)，對比其靜態(tài)和動態(tài)特性，并針對不同傳感器表現(xiàn)的特性，設計了基于四元數(shù)法的自適應互補濾波器融合航姿信號，在此基礎上，利用卡爾曼濾波算法的最優(yōu)估計原則，應用擴展卡爾曼濾波算法進行航姿信號的估計，并設計了自適應的協(xié)方差矩陣，減小估值誤差。
　　根據(jù)融合出的航姿信號以及其余傳感器信號，本文設計了樣例無人直升機懸停/小速度段基于操縱桿的控制

3、律。結合樣例無人直升機植保的特殊應用，定義了其操縱桿的控制模式和飛行功能，提出了操縱桿速度指令的控制模式，根據(jù)其線性模型，對各通道進行了內外環(huán)的控制律設計，設計了包含懸停/小速度所有模態(tài)的小航線進行仿真和試飛驗證。
　　根據(jù)仿真結果和試飛數(shù)據(jù)，卡爾曼濾波算法能很好地融合陀螺儀、加速度計和磁強計的特性，得到高精度、高穩(wěn)定性的航姿信號，將融合結果應用于本文所設計的控制律中，取得了良好的試飛效果，基于速度指令的桿控模式達到了設計需求，工