基于MEMS的四旋翼飞行器姿态估计与控制系统研究

发布时间：2021-03-27 16:30

　　随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）技术的不断发展,使得具有成本低、体积小、抗干扰性强等优点的微处理器和惯性测量器（Inertial Measurement Unit,IMU）在四旋翼飞行器中得到广泛应用。姿态估计和控制系统是四旋翼飞行器设计和应用的核心环节。首先,针对四旋翼飞行器不同的飞行状态和环境,基于互补滤波算法设计了两种姿态估计算法。（1）当四旋翼飞行器在悬停或低速飞行状态下,设计了一种改进显性互补滤波姿态估计算法。该算法在加速度数据融合之前加入低通滤波器,并设置了姿态四元数缓存区,在提高了姿态估计精度的同时,减小了低通滤波器延时对姿态估计实时性的影响。（2）当四旋翼飞行器在高速或强机动飞行状态下,设计了一种动态权值共轭梯度的自适应互补滤波算法。该算法在共轭梯度法中加入了动态权值来抑制运动加速度的干扰,并将加速度计估计出来的姿态四元数与陀螺仪进行自适应互补滤波,消除了陀螺仪积分漂移引起的姿态估计误差。然后,针对四旋翼飞行器模型参数不确定、易受外部因素干扰等问题,将自抗扰控制（Active Disturbance Reject... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

导航坐标系与机体坐标系

角度范围为：-180°～180°。在矢量变换中，刚体的转动可以分别用 3 个独立的方向余弦矩阵进行描述如图2.2 所示：图 2.2 绕单轴旋转示意图绕单轴旋转的方向余弦矩阵的定义如下：1 0 0( , ) 0 cos sin0 sin cosR X (2-1)cos 0 sin( , ) 0 1 0sin 0 cosR Y (2-2)cos sin 0( , ) sin cos 00 0 1R Z (2-3)根据欧拉角旋转顺序Z-Y-X顺规进行旋转得到导航坐标系向机体坐标系变换的旋转

显性互补滤波器算法原理框图

【参考文献】：
期刊论文
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[3]垂直起降无人机基于图像的目标跟踪控制[J]. 刘锦涛,高丽,吴文海,李静.  控制理论与应用. 2017(06)
[4]基于LADRC的无人机高精度定高控制[J]. 齐鹏远,王勇,张代兵.  北京航空航天大学学报. 2016(11)
[5]四旋翼飞行器的自抗扰飞行控制方法[J]. 刘一莎,杨晟萱,王伟.  控制理论与应用. 2015(10)
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硕士论文
[1]基于ADRC的四旋翼飞行器自主避障控制系统研究[D]. 章志诚.浙江大学 2017
[2]四旋翼无人直升机控制系统的研究[D]. 杨建旭.天津理工大学 2012
[3]四旋翼飞行器控制系统设计[D]. 魏丽文.哈尔滨工业大学 2010
[4]小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究与设计[D]. 刘焕晔.上海交通大学 2009
[5]基于PID神经网络的三自由度飞行器模型控制研究[D]. 郑安平.南京理工大学 2008
[6]四旋翼碟形飞行器控制系统设计及控制方法研究[D]. 王俊生.国防科学技术大学 2007



本文编号：3103824