—四軸飛行器定速巡航系統(tǒng)設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-08-06 18:08本頁(yè)面
【正文】 圖43 互補(bǔ)濾波法數(shù)據(jù)流程圖姿態(tài)計(jì)算出來(lái)后，就可以輸出控制了。根據(jù)被控姿態(tài)的表示方式，分為歐拉角控制和四元數(shù)控制。控制的思路為：設(shè)定一個(gè)目標(biāo)姿態(tài)，調(diào)整螺旋槳，使測(cè)量出的姿態(tài)變?yōu)槟繕?biāo)姿態(tài)。為了避免復(fù)雜的精確動(dòng)力學(xué)建模，選用PID控制器。由于歐拉角對(duì)應(yīng)3個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)前姿態(tài)和目標(biāo)姿態(tài)的差值可以作為控制輸入量，角度的誤差直接可以對(duì)應(yīng)力矩的輸出。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。首先把姿態(tài)四元數(shù)轉(zhuǎn)成歐拉角。歐拉角有多種定義方式，這里定義x軸正方向?yàn)楹较?，繞z軸轉(zhuǎn)的角度為偏航角(yaw)，繞y軸轉(zhuǎn)的角度為俯仰角(pitch)，繞x軸轉(zhuǎn)的角度為滾轉(zhuǎn)角(roll)，旋轉(zhuǎn)順序?yàn)閆YX。具體轉(zhuǎn)換公式見(jiàn)(51)。 yaw: ya = arctan( 2wqzq + 2xqyq , 1 2y2q 2z2q ) Pitch: pa = arcsin( 2wqyq 2zqxq ) (51) Roll: ra = arctan2( 2wqxq + yqzq , 1 2x2q 2y2q )用歐拉角來(lái)控制姿態(tài)，每次控制都要算3次三角函數(shù)，運(yùn)算量很大。為了避免三角函數(shù)，可以直接用姿態(tài)四元數(shù)來(lái)控制。思路跟歐拉角控制一樣，先求姿態(tài)差，再把姿態(tài)差輸入到PID控制器，來(lái)輸出油門(mén)變化量。6. 算法效果 注：數(shù)據(jù)在三個(gè)軸正負(fù)半軸附近采集，各采16組、共96組數(shù)據(jù)。為了比較幾種姿態(tài)計(jì)算算法的效果，先在下位機(jī)采集數(shù)據(jù)，然后在電腦上離線處理，這樣可以用相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和比較。數(shù)據(jù)分兩組，分別對(duì)應(yīng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的情況，測(cè)量時(shí)電機(jī)都是開(kāi)的，因此把電機(jī)振動(dòng)也考慮進(jìn)來(lái)了。先比較靜態(tài)的情況。因?yàn)閹追N姿態(tài)融合方法的思路都是：陀螺為主、加速度計(jì)和羅盤(pán)用于糾正陀螺誤差，因此動(dòng)態(tài)性能取決于陀螺，靜態(tài)性能取決于加速度計(jì)和羅盤(pán)，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(gè)樣點(diǎn)，即連續(xù)5秒時(shí)間的數(shù)據(jù)。為了公平比較，先把參數(shù)調(diào)整到臨界值，即剛好能糾正陀螺漂移的值。由圖可以看出，姿態(tài)插值法和互補(bǔ)濾波法效果差不多，梯度下降法噪聲振幅比前兩者都大。7. 結(jié)論及存在的問(wèn)題雖然通過(guò)使用上面介紹的各種方法，已經(jīng)成功讓飛行器飛起來(lái)了，但為了把飛行器應(yīng)用到遙感，至少還需要三個(gè)改進(jìn)：一、改進(jìn)控制算法，使機(jī)體更平穩(wěn)；二、增加衛(wèi)星導(dǎo)航定位，實(shí)現(xiàn)預(yù)定航線飛行；三、要用增穩(wěn)云臺(tái)，遙感傳感器要裝在云臺(tái)上。參考文獻(xiàn)：[1] [D].上海大學(xué)2001級(jí)碩士研究生學(xué)位畢業(yè)論文:168.[2] [J].:137138.[3] 姬江濤，扈菲菲，賀智濤，杜新武，[J].:14.[4] 趙晨，[J].:3536.[5] 張鵬，程飛，曹宇強(qiáng)，孫來(lái)，[J]. 年09期:145147.[6] 王帥，[J].:7880.[7] 劉慶元，徐柳華，沈彩蓮，[J].:2830.[8] 岳基隆，張慶杰，[J].:4652.[9] Philip , David [M].:633641.[10] 李俊峰，[M].:213216.[11] [J].:58.[12] Sebastian , Andrew ,Ravi of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm[J].IEEE International Conference on Rehabilitation :17.[13] Mark Euston, Paul Coote, Robert Mahony , Jonghyuk Kim and Tarek Complementary Filter for Attitude Estimation of a FixedWing UAV[J].IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and ,2226 :34共 18 頁(yè) 第 18
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