基于多傳感器融合的四旋翼飛行器設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、四旋翼飛行器由于機(jī)械原理簡(jiǎn)單，控制容易，如今大受歡迎。該系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)耦合、非線性、欠驅(qū)動(dòng)的六自由度系統(tǒng)，通過(guò)控制四個(gè)螺旋槳的速度，就可以實(shí)現(xiàn)俯仰、橫滾、偏航，及沿某一方向的加速。機(jī)器上載有電源、計(jì)算機(jī)、各種傳感器以及無(wú)線電收發(fā)裝置，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行器的程序控制、環(huán)境感知和人機(jī)交互通信。由于四旋翼飛行器具有垂直起降、懸停穩(wěn)定和全向運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，近年來(lái)逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了完整的飛行器動(dòng)力學(xué)模型，提

2、出了基于雙層嵌套的PID控制方法。針對(duì)不同的傳感器提出了基于均值濾波、數(shù)值導(dǎo)數(shù)、低通濾波等的新型實(shí)驗(yàn)方法，并進(jìn)行了多傳感器數(shù)據(jù)的融合方法研究。
　　首先，在對(duì)飛行控制系統(tǒng)、電源模塊、動(dòng)力執(zhí)行模塊、GPS定位模塊等的簡(jiǎn)單介紹基礎(chǔ)上，搭建了四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。在模型假設(shè)的基礎(chǔ)上得到了四旋翼飛行器的非線性運(yùn)動(dòng)模型，為后面的控制分析與實(shí)驗(yàn)提供了模型基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型，提出了基于雙層嵌套

3、的PID控制方法，并對(duì)控制算法的程序?qū)崿F(xiàn)和濾波處理進(jìn)行了分析研究，為四旋翼飛行器控制的進(jìn)一步研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　再次，分析了氣壓計(jì)、陀螺儀、加速度計(jì)和GPS模塊的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，提出了新型的基于平滑魯棒噪聲微分法的爬升速度檢測(cè)方法和新的、簡(jiǎn)單易用的高斯牛頓非線性加速度計(jì)標(biāo)定方法，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用GPS定位功能，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航控制算法。
　　最后，設(shè)計(jì)了經(jīng)典Kalman濾波器，融合加速度計(jì)、磁力計(jì)和陀螺儀數(shù)據(jù)，用靜態(tài)響應(yīng)