農(nóng)用多軸無人機姿態(tài)解算與控制.pdf

1、農(nóng)用小型多軸無人機飛行高度低，易受地面氣流的干擾，且允許姿態(tài)糾正的時間很短。因此，農(nóng)用多軸無人機對姿態(tài)數(shù)據(jù)的實時性和準確度要求很高。本文通過理論分析，對比不同算法，重點針對農(nóng)用無人機姿態(tài)解算方法進行研究，以期提高姿態(tài)解算結(jié)果的實時性和準確度。
　　研究過程中四軸無人機試驗樣機采用X型結(jié)構(gòu)，設(shè)計了姿態(tài)解算系統(tǒng);根據(jù)四軸無人機結(jié)構(gòu)，忽略了空氣阻力，近似求得部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了四軸無人機動力學模型;為了方便在實驗室內(nèi)進行飛行試驗，設(shè)計了

2、一種可約束飛行器運動范圍的多自由度測試臺架。該多自由度測試臺架在5個自由度上為無人機預(yù)留了姿態(tài)調(diào)整區(qū)間。
　　姿態(tài)解算過程中，將四軸無人機安裝到多自由度測試臺架上，實測了加速度計、磁力計、陀螺儀的信號特點。根據(jù)上述三種姿態(tài)傳感器的信號特點，對比分析了互補濾波、改進型互補濾波、基于加權(quán)滑動濾波方差的卡爾曼濾波等算法，提出了一種基于前置卡爾曼濾波器的互補融合姿態(tài)解算方法。對于姿態(tài)控制，本文結(jié)合四軸無人機的力學模型，對比分析了PID控制

3、算法和FUZZY-PID控制算法，設(shè)計了PID串聯(lián)FUZZY-PID的姿態(tài)控制方案。
　　實驗結(jié)果顯示，系統(tǒng)時鐘為72MHz時，本文所提出的姿態(tài)解算算法運行周期比基于加權(quán)滑動濾波方差的卡爾曼濾波等算法短了0.246ms，姿態(tài)解算誤差減少了2°;姿態(tài)更新時間比改進型互補濾波融合算法提前約了1ms;表明本文所提出的姿態(tài)解算算法同時具備互補濾器誤差小，卡爾曼濾波器實時性強的優(yōu)點。控制系統(tǒng)仿真結(jié)果顯示PID串聯(lián)FUZZY-PID的姿態(tài)控制