四轴飞行器遥感平台的实现方案-毕业论文

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1、四轴飞行器遥感平台的实现方案摘要叫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IIOneMethodtoMakeaQuadcopterXUANYong-junAbstractQuadcopter

2、isalow-costlow-altituderemotesensingplatforms,whichwidelyusedinvariousfields.Comparedtoothertypesofaircraft，thequadcopterhassimplerhardware，resultinmorecomplexsoftware.Thispaperdescribesanimplementationofthequadcopter,focusingonsoftwarealgorithms，includingthecalibrationofaccelerometer,estimation

3、ofattitude，andcontrolofattitude.ItusestheLeastSquaresMethodtocalibrationtheaccelerometer.ItusesAttitudeInterpolationMethod,GradientDescentMethodorComplementaryFilterMethodtoestimationtheattitude.ItusesEuleranglesorquaterniontocontroltheattitude.Finally,therearecomparisonsofthemethods.TheC-langua

4、geimplementationofthemethodsisappended.Keywords:quadcopter;attitude;controlIII目录1.弓12.飞行器的构成12.1.硬件构成12.1.1.机械构成11..1.2.电气构成21.1..软件构成33.1.上位机33.1.下位机32..飞行原理4坐标系统4姿态的表示和运算4动力学原理53..姿态测量6传感器校正62.1.1.陀螺仪6加速度计和电子罗盘6数据融合94.2.1.概述94.2.2.姿态插值法94.2.3.梯度下降法114.2.4.互补滤波法132.姿态控制141..1.欧拉角控制141.1..叫元数控制1

5、52..算法效果15加速度计校正15姿态计算173..结论及存在的问题19#教献20至文W21P付32211.引言四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器Ub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，叫轴飞行器已经应用到各个颂域，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，己经成为重要的遥感平台[21[31R1[51[61[7]。以农业调查为例，传统的调查方式为到现场抽样调查或川航空航天遥感。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阑同时调查，时效性和准确性都有保证

6、,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，缺点是续航吋间短得多、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[81。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6行器的原理和用到的算法，并对几种姿态算法进行比较。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

7、型的飞行器，四轴飞行器的硬件比较简中.，而把系统的a杂性转移到软件上，所以本文的主要内容是软件的实现，特别是算法、公式的推导。硬件构成飞行器由机架、电机、螺旋奖和控制电路构成。机械构成机架呈十字状，是固定其他部件的平台，本项n采用的是尼龙材料的机架。电机采用无刷直流电机，同定在机架的四个端点上，而螺旋奖固定在电机转子上，迎风面垂直向下。螺旋奖按旋转方向分正浆和反浆，从迎风面看逆时针转的为正奖，叫个桨的中心连成的正方形，正桨反桨交错安装。整体如图