專利名稱：一種四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)，屬于飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
早在上個世紀(jì)中葉，微小型多旋翼飛行器已經(jīng)受到海外一些研究機(jī)構(gòu)的矚目，但多旋翼飛行器一般尺寸較小，負(fù)載能力相對較差，無法搭載傳統(tǒng)的高精度傳感器。直到本世紀(jì)初，MEMS傳感器技術(shù)的發(fā)展使微小型多旋翼飛行器的研究得到突破。姿態(tài)控制是多旋翼飛行控制的基礎(chǔ)。為完成姿態(tài)控制，首先必須得到飛行器的姿態(tài)信息。目前飛行器姿態(tài)角的測量方法主要有1、采用高精度的陀螺 儀。雖然價格相對較低，但陀螺儀本身存在漂移，隨時間增加，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度會很差。2、采用加速度計和地磁計對陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而抑制傳感器漂移。此方法的準(zhǔn)確度與采用的補(bǔ)償算法有關(guān)，一般有歐拉角、四元數(shù)、旋轉(zhuǎn)矢量、擴(kuò)展卡爾曼等。商業(yè)化的姿態(tài)測量系統(tǒng)主要有美國Crossbow公司的MNAV模塊和荷蘭Xsens公司的MTi，但他們的價格都高達(dá)數(shù)萬人民幣，嚴(yán)重影響了其應(yīng)用范圍。3、采用圖像處理的方法。此方法通過對圖像的處理結(jié)合相應(yīng)算法可得到較為準(zhǔn)確的姿態(tài)信息，但圖像處理數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)更新頻率慢，不易滿足飛行器的需要。此外，因為圖像處理一般需要安裝圖像采集設(shè)備和標(biāo)志物等，受環(huán)境的制約較大，無法廣泛采用。目前，姿態(tài)控制器的設(shè)計方法較多，如PID控制、現(xiàn)代控制、模糊控制等，并取得了一定的控制效果。但以上控制方法大都對模型的準(zhǔn)確性要求較高，當(dāng)模型攝動或是受到外界干擾時其控制品質(zhì)會明顯下降，嚴(yán)重影響了多旋翼飛行器的應(yīng)用范圍。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低的四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)解決方案為一種四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)，包括DC-DC電路、三軸加速度器、地磁計、陀螺儀、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述三軸加速度器、地磁計、陀螺儀通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器相連，三軸加速度器、地磁計、陀螺儀將檢測到模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送到微處理器進(jìn)行處理和控制。進(jìn)一步地優(yōu)化方案，本實用新型四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)中，所述陀螺儀的數(shù)
量為三個。一種四旋翼飛行器姿態(tài)控制方法，包括以下步驟步驟一、獲取當(dāng)前飛行器的姿態(tài)角信息，所述姿態(tài)角包括滾轉(zhuǎn)角、俯仰角和偏航角；步驟二、分別設(shè)計滾轉(zhuǎn)角、俯仰角和偏航角的控制器，其中滾轉(zhuǎn)角與俯仰角的控制器相同；步驟三、對步驟二中獲得的三個控制器的控制量進(jìn)行疊加后輸出一個總的驅(qū)動信號從而驅(qū)動電機(jī)工作以控制飛行器姿態(tài)。進(jìn)一步地優(yōu)化方案，所述四旋翼飛行器姿態(tài)控制方法中，步驟一中獲取當(dāng)前飛行器的姿態(tài)角信息，具體如下(1-1)建立飛行器的姿態(tài)角模型，其中包括滾轉(zhuǎn)角模型、俯仰角模型和偏航角模型，所述滾轉(zhuǎn)角模型和俯仰角模型相同均為
權(quán)利要求1.一種四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于包括DC-DC電路、三軸加速度器、地磁計、陀螺儀、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述三軸加速度器、地磁計、陀螺儀通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器相連，三軸加速度器、地磁計、陀螺儀將檢測到的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送到微處理器進(jìn)行處理和控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于所述陀螺儀的數(shù)量為三個。
專利摘要本實用新型公開了一種四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)，包括DC-DC電路、三軸加速度器、地磁計、陀螺儀、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述三軸加速度器、地磁計、陀螺儀通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器相連，三軸加速度器、地磁計、陀螺儀將檢測到的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送到微處理器進(jìn)行處理和控制。該系統(tǒng)簡單，成本低。
文檔編號G05D1/08GK202854611SQ20122055799
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者王偉, 馬浩, 胡凱, 翁理國, 夏旻, 朱海飛 申請人:南京信息工程大學(xué)