—四軸飛行器定速巡航系統(tǒng)設(shè)計-免費(fèi)閱讀
【正文】 因為幾種姿態(tài)融合方法的思路都是：陀螺為主、加速度計和羅盤用于糾正陀螺誤差，因此動態(tài)性能取決于陀螺，靜態(tài)性能取決于加速度計和羅盤，所以靜態(tài)的情況最能反映姿態(tài)融合算法的優(yōu)劣，三種方法算出的滾轉(zhuǎn)角，取了其中連續(xù)的1000個樣點(diǎn)，即連續(xù)5秒時間的數(shù)據(jù)。具體轉(zhuǎn)換公式見(51)。D 圖43 互補(bǔ)濾波法數(shù)據(jù)流程圖姿態(tài)計算出來后，就可以輸出控制了。用陀螺積分姿態(tài)的方法跟“姿態(tài)插值法”的第一部分一樣，關(guān)鍵是如何用加速度和磁場強(qiáng)度糾正誤差。姿態(tài)的定義為兩個坐標(biāo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變換，因此只要知道兩對在兩個坐標(biāo)系對應(yīng)的向量，就可以把姿態(tài)求出來。為了得到穩(wěn)定的、近實時的姿態(tài)，對各傳感器的數(shù)據(jù)取長補(bǔ)短，需要研究各種數(shù)據(jù)融合方法。加速度計的校正的思路為：對測量值平移和縮放，把測量值擬合到重力加速度。近年來MEMS傳感器越來越成熟、應(yīng)用廣泛，成為低成本姿態(tài)測量的首選器件[11]，因此該項目使用的傳感器全部都是MEMS傳感器，在使用傳感器的值進(jìn)行姿態(tài)計算之前，有必要校正傳感器。假設(shè)四軸為剛體，根據(jù)質(zhì)點(diǎn)系動量矩定理，角速度和角加速度由外力矩決定[10]，通過控制四個螺旋槳，可以產(chǎn)生需要的力矩。 235。如果用矩陣表示旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的串聯(lián)由矩陣乘法來實現(xiàn)。機(jī)體坐標(biāo)系原點(diǎn)在飛行器中心，xy 平面為電機(jī)所在平面，電機(jī)分布在{|x|=|y|,z=0}的直線上，第一象限的電機(jī)帶正槳，z軸指向飛行器上方。. 下位機(jī)下位機(jī)為飛行器上MCU里的程序，主要有三個任務(wù)：計算姿態(tài)、接受命令和輸出控制。電機(jī)采用無刷直流電機(jī)，固定在機(jī)架的四個端點(diǎn)上，而螺旋槳固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，迎風(fēng)面垂直向下。因此，低空低成本遙感技術(shù)顯得相當(dāng)重要，而四軸飛行器正符合低空低成本遙感平臺的要求。控制姿態(tài)采用歐拉角控制或四元數(shù)控制。本文介紹四軸飛行器的一個實現(xiàn)方案，重點(diǎn)講軟件算法，包括加速度計校正、姿態(tài)計算和姿態(tài)控制三部分。以農(nóng)業(yè)調(diào)查為例，傳統(tǒng)的調(diào)查方式為到現(xiàn)場抽樣調(diào)查或用航空航遙感。比起其他類型的飛行器，四軸飛行器的硬件比較簡單，而把系統(tǒng)的復(fù)雜性轉(zhuǎn)移到軟件上，所以本文的主要內(nèi)容是軟件的實現(xiàn)，特別是算法、公式的推導(dǎo)。電子調(diào)速器簡稱電調(diào)，用于控制無刷直流電機(jī)。地理坐標(biāo)系是固連在地面的坐標(biāo)系，機(jī)體坐標(biāo)系是固連在飛行器上的坐標(biāo)系。在本文中，矩陣用加粗大寫字母表示，如EAR，左上標(biāo)和左下標(biāo)表示從機(jī)體坐標(biāo)系（Aircraft）變換到地理坐標(biāo)系（Earth）；四元數(shù)用加粗小寫字母表示，如EAq，上下標(biāo)意義與變換矩陣一樣；向量用帶箭頭加粗小寫字母表示，如Av，左上標(biāo)A表示向量的值是在機(jī)體坐標(biāo)系的坐標(biāo)值。 q=[wq xq yq zq]T233。 wr = wpwq xpxq ypyq zpzq xr= wpxq + xpwq + ypzq zpyq yr= wpyq xpzq + ypzq + zpxq (33) zr= wpzq + xpyq ypxq + zpwq螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，把空氣對螺旋槳的壓力在軸向和側(cè)向兩個方向分解，得到兩種力學(xué)效應(yīng)：推力和轉(zhuǎn)矩。DT是螺旋槳的功率變化量，為41矩陣，每行分別對應(yīng)0到3號螺旋槳；向量m是力矩，為31矩陣。加速度計和羅盤都是測量所在點(diǎn)的某個向量場的值的傳感器，靜態(tài)時加速度計測的是等效重力加速度場，電子羅盤測的是地磁場。加速度計測量對象為比力，受運(yùn)動加速度影響大，特別是受飛行器機(jī)架的振動的影響，振動振幅高達(dá)2G。陀螺的輸出為時間離散的角速度，要對時間積分才得到角度。Sebastian . Madgwick提出了更加有效的方法——用梯度下降法計算姿態(tài)[12]。( ) 圖42 梯度下降法數(shù)據(jù)流程圖Mark Euston提出了運(yùn)算量比梯度下降法更小的互補(bǔ)濾波法[13]。如果當(dāng)前姿態(tài)和目標(biāo)姿態(tài)相差不大，可以忽略旋轉(zhuǎn)順序的影響。為了
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