基于多传感器数据融合的小型四旋翼无人机姿态解算研究
发布时间：2021-04-07 03:01
目前小型四旋翼无人机的用途非常广泛,在抢险救灾、军事侦察、地理环境监测和娱乐航拍等方面使用广泛且优势明显。小型四旋翼无人机的在空中的飞行姿态复杂多变,所以稳定飞行控制就显的非常关键。影响小型四旋翼无人机稳定飞行控制的有控制策略、信号传输、姿态解算等方面。而实时的姿态解算对小型四旋翼无人机稳定飞行控制有非常的重要。针对目前小型四旋翼无人机在姿态解算方面速度和精度的问题,本文提出了基于四元数互补滤波姿态解算算法,该算法对小型四旋翼无人机姿态解算时的解算精度和速度有明显的改善。本文针对小型四旋翼无人机姿态解算主要研究工作包括:首先对小型四旋翼无人机的姿态数据的获取和姿态数据的更新算法进行了梳理和研究,并对这些算法进行了对比分析,分析得出四元数更新算法作为姿态数更新的优越性。然后利用基于四元数的互补滤波算法,对三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁强计在内构成的多传感器姿态测量系统进行多传感器数据的融合。最后通过实验平台对算法进行了验证,并对实验结果进行了分析和说明。实验结果表明本文提出的姿态解算算法对姿态解算的精度和速度都有很大的改善和提升。
【文章来源】：新疆大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
新疆大学硕士研究生学位论文第二章 四旋翼无人机模型构建旋翼无人机介绍1.1 四旋翼无人机的机体结构旋翼无人机的结构分布是成对称分布的，主要是四个旋翼的叉对称分布，而中心位置安放的是飞控，无线接收器，电池备。十字交叉对称分布的旋翼的运动的方向是一致的，而不的旋转方向是相反的。四个的旋转分别是由四个无刷电机图 2-1 所示：
图 2-2 四旋翼飞行原理[30]图中，对称分布的旋翼的旋转方向，并规定 轴的正方向作为无朝向的正方向。上图中绘制的旋转箭头表示的是旋翼的旋转方旋转箭头的位置代表是旋翼旋转速度增大或减小，在四旋翼无人组成的水平面上边，旋转箭头对应哪一个就表示那个旋翼的转速相反，在这平面的下面代表对应的旋翼的旋转速度减小。) 垂直起降：当无人机向上产生的升力可以克服四旋翼无人机的候，四旋翼无人机的开始准备起飞。当四个旋翼产生的升力的合直当时地面向上并且大小四旋翼无人机的自重的时候，四旋翼无直于地面向上飞起。垂直降落的过程和垂直飞起的过程是相反的2) 俯仰运动：俯仰运动是以 y 轴为旋转轴的一种运动现象，俯仰运动号和四号的旋翼的旋转速度不变，改变一号和三号旋翼的旋转速度一个
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼无人机飞行控制系统设计研究[J]. 谢龙,韩文波. 光电技术应用. 2015(01)
[2]无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J]. 李德仁,李明. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(05)
[3]基于四元数互补滤波的无人机姿态解算[J]. 吕印新,肖前贵,胡寿松. 燕山大学学报. 2014(02)
[4]四旋翼无人机鲁棒自适应姿态控制[J]. 甄红涛,齐晓慧,夏明旗,苏立军. 控制工程. 2013(05)
[5]欠驱动四旋翼无人飞行器的滑模控制[J]. 王璐,李光春,王兆龙,焦斌. 哈尔滨工程大学学报. 2012(10)
[6]三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计[J]. 夏青元,徐锦法. 航空学报. 2013(03)
[7]非线性系统确定采样型滤波算法综述[J]. 王小旭,潘泉,黄鹤,高昂. 控制与决策. 2012(06)
[8]带有自适应参数近似的块控反步飞行控制器设计[J]. 曹立佳,张胜修,刘毅男,刘英,张盈. 航空学报. 2011(12)
[9]一种基于STM32的四旋翼飞行器控制器[J]. 郭晓鸿,杨忠,杨成顺,黄宵宁,黄同高,张海黎. 应用科技. 2011(07)
[10]基于STM32微控制器的小型无人机飞行控制系统[J]. 董峰,常佶. 自动化应用. 2011(05)
博士论文
[1]无人机飞行控制系统若干关键技术研究[D]. 段镇.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]小型无人直升机鲁棒非线性控制研究[D]. 贺跃帮.华南理工大学 2013
[3]基于四元数非线性滤波的飞行器姿态确定算法研究[D]. 乔相伟.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]四轴飞行器控制系统设计及其姿态解算和控制算法研究[D]. 何瑜.电子科技大学 2015
[2]一种四旋翼无人机控制系统的设计与实现研究[D]. 姜成平.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于Backstepping的多旋翼无人机自主飞行控制系统研究[D]. 马浩.南京信息工程大学 2014
[4]四旋翼飞行器的姿态估计与优化控制研究[D]. 胡琦逸.杭州电子科技大学 2014
[5]高精度捷联式惯性导航系统算法研究[D]. 张春慧.哈尔滨工程大学 2005
[6]碟形无人直升机总体设计技术研究[D]. 吴剑.南京航空航天大学 2004
[7]无人机飞行PID控制及智能PID控制技术研究[D]. 李玮.南京理工大学 2004
本文编号：3122664
【文章来源】：新疆大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
新疆大学硕士研究生学位论文第二章 四旋翼无人机模型构建旋翼无人机介绍1.1 四旋翼无人机的机体结构旋翼无人机的结构分布是成对称分布的，主要是四个旋翼的叉对称分布，而中心位置安放的是飞控，无线接收器，电池备。十字交叉对称分布的旋翼的运动的方向是一致的，而不的旋转方向是相反的。四个的旋转分别是由四个无刷电机图 2-1 所示：
图 2-2 四旋翼飞行原理[30]图中，对称分布的旋翼的旋转方向，并规定 轴的正方向作为无朝向的正方向。上图中绘制的旋转箭头表示的是旋翼的旋转方旋转箭头的位置代表是旋翼旋转速度增大或减小，在四旋翼无人组成的水平面上边，旋转箭头对应哪一个就表示那个旋翼的转速相反，在这平面的下面代表对应的旋翼的旋转速度减小。) 垂直起降：当无人机向上产生的升力可以克服四旋翼无人机的候，四旋翼无人机的开始准备起飞。当四个旋翼产生的升力的合直当时地面向上并且大小四旋翼无人机的自重的时候，四旋翼无直于地面向上飞起。垂直降落的过程和垂直飞起的过程是相反的2) 俯仰运动：俯仰运动是以 y 轴为旋转轴的一种运动现象，俯仰运动号和四号的旋翼的旋转速度不变，改变一号和三号旋翼的旋转速度一个
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼无人机飞行控制系统设计研究[J]. 谢龙,韩文波. 光电技术应用. 2015(01)
[2]无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J]. 李德仁,李明. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(05)
[3]基于四元数互补滤波的无人机姿态解算[J]. 吕印新,肖前贵,胡寿松. 燕山大学学报. 2014(02)
[4]四旋翼无人机鲁棒自适应姿态控制[J]. 甄红涛,齐晓慧,夏明旗,苏立军. 控制工程. 2013(05)
[5]欠驱动四旋翼无人飞行器的滑模控制[J]. 王璐,李光春,王兆龙,焦斌. 哈尔滨工程大学学报. 2012(10)
[6]三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计[J]. 夏青元,徐锦法. 航空学报. 2013(03)
[7]非线性系统确定采样型滤波算法综述[J]. 王小旭,潘泉,黄鹤,高昂. 控制与决策. 2012(06)
[8]带有自适应参数近似的块控反步飞行控制器设计[J]. 曹立佳,张胜修,刘毅男,刘英,张盈. 航空学报. 2011(12)
[9]一种基于STM32的四旋翼飞行器控制器[J]. 郭晓鸿,杨忠,杨成顺,黄宵宁,黄同高,张海黎. 应用科技. 2011(07)
[10]基于STM32微控制器的小型无人机飞行控制系统[J]. 董峰,常佶. 自动化应用. 2011(05)
博士论文
[1]无人机飞行控制系统若干关键技术研究[D]. 段镇.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]小型无人直升机鲁棒非线性控制研究[D]. 贺跃帮.华南理工大学 2013
[3]基于四元数非线性滤波的飞行器姿态确定算法研究[D]. 乔相伟.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]四轴飞行器控制系统设计及其姿态解算和控制算法研究[D]. 何瑜.电子科技大学 2015
[2]一种四旋翼无人机控制系统的设计与实现研究[D]. 姜成平.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于Backstepping的多旋翼无人机自主飞行控制系统研究[D]. 马浩.南京信息工程大学 2014
[4]四旋翼飞行器的姿态估计与优化控制研究[D]. 胡琦逸.杭州电子科技大学 2014
[5]高精度捷联式惯性导航系统算法研究[D]. 张春慧.哈尔滨工程大学 2005
[6]碟形无人直升机总体设计技术研究[D]. 吴剑.南京航空航天大学 2004
[7]无人机飞行PID控制及智能PID控制技术研究[D]. 李玮.南京理工大学 2004
本文编号：3122664
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