四旋翼飛行器姿態(tài)控制算法研究.pdf

1、無人機主要分為固定翼和旋翼兩種類型，其中四旋翼無人機以其結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、成本低等特點被廣泛應(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。
　　本文首先對飛行器的姿態(tài)解算方法和MEMS傳感器的數(shù)學(xué)模型進行了分析與研究，然后利用牛頓-歐拉公式建立了四旋翼動力學(xué)模型。在動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用PID算法設(shè)計了位置控制器和姿態(tài)控制器，并在MATLAB中對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了仿真驗

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)仿真時的姿態(tài)反饋信息由飛行器動力學(xué)模型解算得到，而實際飛行器系統(tǒng)的姿態(tài)反饋信息由陀螺儀、磁力計及加速度計的數(shù)據(jù)結(jié)合姿態(tài)估計算法得到。本文首先研究了基于擴展卡爾曼濾波算法和無跡濾波算法的姿態(tài)估計算法，針對上述兩種算法計算量大且實現(xiàn)復(fù)雜的問題，本文設(shè)計了一種基于改進型互補濾波算法的姿態(tài)估計算法。在MATLAB中分別對三種算法的估計精度進行了仿真驗證，仿真結(jié)果表明三種姿態(tài)估

3、計算法的姿態(tài)角度估計精度均較高，但本文設(shè)計的基于改進型互補濾波算法的姿態(tài)估計算法減小了系統(tǒng)計算量并降低了實現(xiàn)難度，更加適合低成本處理器系統(tǒng)。
　　基于上述設(shè)計的控制器與姿態(tài)估計算法，本文采用STM32F427處理器進行了飛行器系統(tǒng)設(shè)計，并利用該系統(tǒng)進行了懸停與飛行運動實驗。實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的控制系統(tǒng)和姿態(tài)估計算法能保證飛行器穩(wěn)定飛行。
　　在飛行器平臺基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一套用于檢測大氣PM2.5/10濃度的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，