基于Sage-Husa方法的旋翼姿态控制-论文.pdf

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1、2015年7月计算机工程与设计July2015第36卷第7期COMPUTERENGINEERINGANDDESIGNVo1．36NO．7基于Sage—Husa方法的旋翼姿态控制王晓东，马磊，韦宗毅(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：针对传统IMU传感器信息融合方法对外界信息变化不敏感等问题，在分析陀螺仪噪声特性并建立基于ARMA模型的卡尔曼滤波器抑制陀螺仪随机噪声的基础上，将基于Sage-Husa方法的卡尔曼滤波器作为信息融合算法，增强姿态解算系统的自适应性。为提高Sage-Husa算法容错性能，提

2、出一种加速度计可信性条件，根据总加速度与重力幅值、方向上的差异来判定是否进行姿态融合。在基于ARMCortexM4内核的嵌入式系统上实现姿态解算和姿态控制系统，在自制四旋翼飞行器半实物仿真平台上进行的实验结果表明，以上方法降低了姿态静态及动态解算误差，提高了姿态系统状态的跟踪性和适应性，满足复杂运动环境下姿态控制的需求。关键词：微型惯性测量单元；卡尔曼滤波；Sage-Husa方法；姿态解算；自适应中图法分类号：TP13文献标识号：A文章编号：1000—7024(2015)07—1747—05doi：10．16208／j

3、．issnl000—7024．2015．07．014AttitudecontrolofquadrotorbasedonSage—HusaalgorithmWANGXiao—dong，MALei，WEIZong—yi(SchoolofElectricalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：ThetraditionaldatafusionmethodsofIMUsensorsareinsensitivetovariousc

4、ircumstances，henceaKalmanfilterbasedonARMAmodelwasestablishedtorestrainthenoiseofgyroscopeafteranalyzingthenoisecharacteristicsofgyroscope，Sage-Husaalgorithmwasusedasaninformationfusionalgorithm，whichwasproposedtoimprovetheself-adaptabilityofatti—tudedeterminati

5、onsystem．ToimprovefaulttoleranceofSage-Husaalgorithm，akindofthresholdconditionregardingthecredi—bilityoftheaccelerometerdatawasproposed，whichdecidedwhethertofuseinformationaccordingtothedifferenceinamplitudeanddirectionbetweenaecelerometerandgravity．AnARMCortexM

6、4一basedattitudedeterminationandcontrolsystemwasde—signed．Resultsofexperimentsbasedonanin-housemadehardware-in-the-loopquadrotorplatformshowthatthesemethodscandiminishstaticerroranddynamicerrorofattitudedeterminationsystemandenhancethesystem’Stracingabilityandada

7、ptabili—ty，whichfulfillsrequirementsofcomplexattitudecontro1．Keywords：inertialmeasurementunit；Kalmanfilter；Sage-Husaalgorithm；attitudedetermination；self-adaptive姿态，但系统传递噪声难以事先估算；文献E3]使用粒子O引言滤波算法实现陀螺仪与加速度计姿态融合，算法复杂度大，实时获取精确的姿态信息是实现旋翼飞行器自主飞行难以满足实时要求；文献E4]通过基于四元数的自

8、适应的首要前提。用于姿态解算的陀螺仪传感器更新频率越高卡尔曼滤波器获得姿态角度，模型线性化过程引入误差，越有助于提高姿态解算精度，但高频数据更新也会带来两影响姿态解算精度。个问题：①随机噪声影响更显著；②计算复杂度呈指数增本文首先设计噪声滤波模型以抑制传感器随机噪声，长，难以满足实时性。文献Eli通过一种增益可调的互补之后通过自适