基于多傳感器融合的四旋翼飛行器設(shè)計方法研究.pdf

1、四旋翼飛行器由于機械原理簡單，控制容易，如今大受歡迎。該系統(tǒng)是一個強耦合、非線性、欠驅(qū)動的六自由度系統(tǒng)，通過控制四個螺旋槳的速度，就可以實現(xiàn)俯仰、橫滾、偏航，及沿某一方向的加速。機器上載有電源、計算機、各種傳感器以及無線電收發(fā)裝置，以此來實現(xiàn)飛行器的程序控制、環(huán)境感知和人機交互通信。由于四旋翼飛行器具有垂直起降、懸停穩(wěn)定和全向運動的特點，近年來逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點。本文通過對四旋翼飛行器的運動學分析，建立了完整的飛行器動力學模型，提

2、出了基于雙層嵌套的PID控制方法。針對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驗方法，并進行了多傳感器數(shù)據(jù)的融合方法研究。
　　首先，在對飛行控制系統(tǒng)、電源模塊、動力執(zhí)行模塊、GPS定位模塊等的簡單介紹基礎(chǔ)上，搭建了四旋翼飛行器實驗平臺，并進行了運動學分析。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動模型，為后面的控制分析與實驗提供了模型基礎(chǔ)。
　　其次，針對四旋翼飛行器的數(shù)學模型，提出了基于雙層嵌套

3、的PID控制方法，并對控制算法的程序?qū)崿F(xiàn)和濾波處理進行了分析研究，為四旋翼飛行器控制的進一步研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　再次，分析了氣壓計、陀螺儀、加速度計和GPS模塊的數(shù)據(jù)采集過程，提出了新型的基于平滑魯棒噪聲微分法的爬升速度檢測方法和新的、簡單易用的高斯牛頓非線性加速度計標定方法，并給出了實驗結(jié)果。利用GPS定位功能，實現(xiàn)了導(dǎo)航控制算法。
　　最后，設(shè)計了經(jīng)典Kalman濾波器，融合加速度計、磁力計和陀螺儀數(shù)據(jù)，用靜態(tài)響應(yīng)