微小型無人直升機航姿融合和控制技術(shù)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、本文以微小型植保無人直升機為研究對象,針對其傳感器配置,研究并對比了互補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)樣例無人直升機特性,設(shè)計了無人直升機各通道基于操縱桿的控制律。從兩個方面對其航姿融合技術(shù)以及控制技術(shù)進行了深入研究。微慣性傳感器及其組合測量單元在低成本無人直升機導(dǎo)航與控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛,然而采用微機械陀螺儀估計姿態(tài)存在因漂移帶來的隨機誤差,采用加速度計估計姿態(tài)容易受到運動加速度的影響,針對以上問

2、題,本文利用微機械陀螺、加速度計、磁力計進行了姿態(tài)融合算法的研究。
  首先用單一傳感器估計姿態(tài),對比其靜態(tài)和動態(tài)特性,并針對不同傳感器表現(xiàn)的特性,設(shè)計了基于四元數(shù)法的自適應(yīng)互補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)估計原則,應(yīng)用擴展卡爾曼濾波算法進行航姿信號的估計,并設(shè)計了自適應(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)計了樣例無人直升機懸停/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,對各通道進行了內(nèi)外環(huán)的控制律設(shè)計,設(shè)計了包含懸停/小速度所有模態(tài)的小航線進行仿真和試飛驗證。
  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、加速度計和磁強計的特性,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)計需求,工

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