四轴飞行器定速巡航系统设计

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1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长春大学毕业设计（论文）纸四轴飞行器定速巡航系统设计[摘要]四轴飞行器作为低空低成本的遥感平台，在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器，四轴飞行器硬件结构简单紧凑，而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案，重点讲软件算法，包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、梯度下降法或互补滤波法，需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。最后比较各种

2、方法的效果，并附上C语言的算法实现代码。[关键词]四轴飞行器；姿态；控制共17页第17页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长春大学毕业设计（论文）纸Fouraircraftcruisecontrolsystemdesign[Abstract]Quadcopterisalow-costlowaltituderemotesensingplatforms,Whichwidelyusedinvariousfields.Comparedtoothertypesofaircr

3、aft,thequadcopterhassimplerhardware,resultinmorecomplexsoftware.Thispaperdescribesanimplementationofthequadcopter,includingthecalibrationofaccelerometer,estimationofattitude,andcontrolofattitude.ItusedtheLeastSquaresMethodtocalibrationtheaccelerometer.Itus

4、esAttitudeInterpolationMethod,GradientDescentMethodorComplementaryFilterMethodtoestimationattitude.ItusesEuleranglesorquaterniontocontroltheattitude.Finally,therearecomparisonsofthemethods.TheC-languageimplementationofthemethodsisappended.[Keywords]Quadcop

5、ter；Attitude；Control共17页第17页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长春大学毕业设计（论文）纸目录1.引言42.飞行器的构成52.1硬件构成52.1.1机械构成52.1.2电气构成62.2软件构成72.2.1.上位机72.2.2.下位机73.飞行器原理73.1.坐标系统83.2.姿态的表示和运算83.3.动力学原理94.姿态测量104.1.传感器校正104.1.1.陀螺仪104.1.2.加速度计和电子罗盘114.2.数据融合114.2.1.概

6、述114.2.2.姿态插值法114.2.3.梯度下降法124.2.4.互补滤波法135.姿态控制145.1欧拉角控制145.2.四元数控制156.算法效果156.1加速度计校正156.2姿态计算157.结论及存在的问题16参考文献：17共17页第17页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长春大学毕业设计（论文）纸1.引言四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及，四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天，四轴飞

7、行器已经应用到各个领域，如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等，已经成为重要的遥感平台。以农业调查为例，传统的调查方式为到现场抽样调查或用航空航遥感。抽样的方式工作量大，而且准确性受主观因素影响；而遥感的方式可以大范围同时调查，时效性和准确性都有保证，但只能得到大型作物的宏观的指标，而且成本很高。不连续的地块、小种作物等很难用上遥感调查。因此，低空低成本遥感技术显得相当重要，而四轴飞行器正符合低空低成本遥感平台的要求。目前应用广泛的飞行器有：固定翼飞行器和单轴的直升

8、机。与固定翼飞行器相比，四轴飞行器机动性好，动作灵活，可以垂直起飞降落和悬停，缺点是续航时间短得多、飞行速度不快；而与单轴直升机比，四轴飞行器的机械简单，无需尾桨抵消反力矩，成本低。本文就小型电动四轴飞行器，介绍四轴飞行器的一种实现方案，重点讲解四轴飞行器的原理和用到的算法，并对几种姿态算法进行比较。2.飞行器的构成四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器，四轴飞行器的硬件比较简单，而把系统