小型油动直升机的自动驾驶仪设计.docx

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1、小型油动直升机的自动驾驶仪设计无人机——UAV(UnmannedAerialVehicle)在近几十年取得了迅猛的发展。本文的选题正是来源于某小型航拍无人油动直升机自动驾驶仪的设计。小型油动直升机的制造技术已经趋于成熟，本文选用了90级汽油动力直升机作为自动驾驶仪的控制对象。对机体进行了改装，提高了整体机械性能。设计了减震吊舱，用于电路系统的安装与固定。自主完成了硬件电路系统的总体设计。其中硬件电路设计任务主要包括MEMS传感器及其信号补偿、姿态解算、飞行轨迹控制和飞行姿态控制等。微机械(MEMS)传感器的使用使本系统更趋于轻量化

2、、小型化。但MEMS传感器的精度偏低、易受干扰的固有缺点是影响飞机姿态解算精度的主要原因。本文对传感器的固定偏移与温度漂移误差进行原理分析和算法补偿，在0-50℃范围内建立温度补偿模型，采用多项式拟合进行了补偿；对传感器的噪声采用了正态检验方法予以剔除；对于调试过程中发现的复杂环境中传感器数据畸变的问题，设计了数字FIR滤波算法，滤除了高频噪声，效果明显。陀螺仪与具有稳定低频特性的倾角计是姿态解算的信息来源。虽然陀螺仪具有优良的高频特性，但存在一定的积累误差，设计中采用基于互补滤波的多传感器信息融合技术来修正该误差。本文采用旋转四

3、元数法用于更新姿态矩阵。为了提高姿态解算的实时性，使用了四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)法更新旋转四元数。仿真试验和飞行实验均表明该方法具有长时精度高、动态性能好的优点。小型无人直升飞机控制包括飞行轨迹控制和飞行姿态控制。针对直升机控制中多参数环路的特点，设计了角速度与角度内外双环路串级PID的控制算法，经过实际飞行测试基本可以满足飞行控制要求。