微小型無人直升機(jī)航姿融合和控制技術(shù)研究.pdf

1、本文以微小型植保無人直升機(jī)為研究對象，針對其傳感器配置，研究并對比了互補(bǔ)濾波算法和卡爾曼濾波算法在航姿融合中的應(yīng)用方法和估值精度，并根據(jù)樣例無人直升機(jī)特性，設(shè)計(jì)了無人直升機(jī)各通道基于操縱桿的控制律。從兩個(gè)方面對其航姿融合技術(shù)以及控制技術(shù)進(jìn)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(jī)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，然而采用微機(jī)械陀螺儀估計(jì)姿態(tài)存在因漂移帶來的隨機(jī)誤差，采用加速度計(jì)估計(jì)姿態(tài)容易受到運(yùn)動(dòng)加速度的影響，針對以上問

2、題，本文利用微機(jī)械陀螺、加速度計(jì)、磁力計(jì)進(jìn)行了姿態(tài)融合算法的研究。
　　首先用單一傳感器估計(jì)姿態(tài)，對比其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，并針對不同傳感器表現(xiàn)的特性，設(shè)計(jì)了基于四元數(shù)法的自適應(yīng)互補(bǔ)濾波器融合航姿信號，在此基礎(chǔ)上，利用卡爾曼濾波算法的最優(yōu)估計(jì)原則，應(yīng)用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法進(jìn)行航姿信號的估計(jì)，并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)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(shè)計(jì)了樣例無人直升機(jī)懸停/小速度段基于操縱桿的控制

3、律。結(jié)合樣例無人直升機(jī)植保的特殊應(yīng)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(jìn)行了內(nèi)外環(huán)的控制律設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了包含懸停/小速度所有模態(tài)的小航線進(jìn)行仿真和試飛驗(yàn)證。
　　根據(jù)仿真結(jié)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(jì)和磁強(qiáng)計(jì)的特性，得到高精度、高穩(wěn)定性的航姿信號，將融合結(jié)果應(yīng)用于本文所設(shè)計(jì)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(dá)到了設(shè)計(jì)需求，工