基于多传感器的四旋翼飞行器硬件系统设计.pdf

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1、2015年第34卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)119DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)02-0119--03基于多传感器的四旋翼飞行器硬件系统设计李运堂，贾宇宁，王鹏峰，赵静一，楼晓春(1．中国计量学院机电工程学院，浙江杭州310018；2．杭州职业技术学院，浙江杭州310018)摘要：四旋翼飞行器由于其简单的机体结构与较为复杂的姿态控制，近年来在军用和民用领域广泛应用。旨在通过四旋翼飞行器飞控平台的搭建，实现对飞行器姿态的稳定控制

2、。首先论述了四旋翼飞行器的飞行原理与机械结构，给出了硬件系统总体结构。在对各功能模块整合的基础上，实现基于多传感器的控制系统硬件电路设计。仿真与实验证明：多传感器使用过程中，通过卡尔曼滤波进行姿态数据的融合，有效地解决了加速度计、陀螺仪易受外界干扰问题，所设计硬件系统在飞行实验中性能稳定，为四旋翼的稳定控制提供了参考。关键词：四旋翼飞行器；卡尔曼滤波；陀螺仪；稳定控制；干扰控制中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)02-0119-03Designofhardwaresystemforqu

3、adrotorbasedonmulti-sensorLIYun．tang，JIAYu．ning，WANGPeng．feng，ZHAOJing．yi，LOUXiao-chun(1．CollegeofMechanical&ElectricalEngineering，China~lingUniversity，Hangzhou310018，China；2．HangzhouVocational&TechnicalCollege，Hangzhou310018，China)Abstract：Inrecentyears，quadrotori

4、swidelyusedinthefieldofmilitaryandcivilianbecauseofitssimplemechanicalstructureanditsrelativecomplexattitudecontro1．Inordertorealizestablecontrolofaircraftattitude，bysettingupflightcontrolplatformofquadrotor．Firstlydiscussflightprincipleandmechanicalstructureofquad

5、rotors，thenoverallstructureofhardwaresystemisgiven．Onthebasisofintegrationofeachfunctionmodules，realizehardwarecircuitdesignofflightcontrolsystembasedonmulti—sensors．Simulationandexperimentalresultsshowthatinusingprocessofmulti—sensors，dataintegrationbyKalmanfilter

6、ingeffectivelySolvesproblemthataccelerometerandgyroscopesaresusceptibletobeinterferedbyoutside，thedesignedhardwaresystemhasstableperformanceinflyingexperiment，providereferenceforstablecontrolofquadrotor．Keywords：quadrotor；Kalmanfiltering；gyroscope；stablecontrol；int

7、erferencecontrol0引言翼飞行器控制系统总体结构设计的过程中对飞行原理进行近年来，随着微电子技术、传感器技术、信号处理技术定性定量的分析，可以减少飞行实验平台的搭建时间，也可的迅速发展，以及新能源、新材料的广泛应用，使四旋翼无为电源模块、飞行控制模块的设计提供理论基础。为实现人飞行器的控制算法与工程应用得到了优化与创新。国防四旋翼飞行器的自稳控制，通过陀螺仪、大气压力传感器、科技大学、上海交通大学等学者提出了基于Baekstepping三轴加速度传感器采集到的数据对飞行姿态进行解析，但方法、自抗扰控制、滑膜技术

8、的控制J。斯坦福大学的是飞行时所产生的机体震动、温漂、零漂所带来的误差以及STARMAC工程研发的四旋翼飞行器系统具有可靠完全自外界环境的干扰j，使位置姿态的估计与飞行高度的保持主航点跟踪的能力，具备多飞行器协同飞行水平】。麻省产生了较大的困难。理工学院无人机集群健康管理计划实现了通过地面