四旋翼无人机姿态分析

摘要

四旋翼无人机姿态分析

摘要

如今，四旋翼无人机的热潮席卷了世界各国。四旋翼无人机使用方便，构造简单，故障率低和稳定性强的优点使其成为各国研发人员研发的热点。其中，无人机的飞行控制系统是所有科研研发的重中之重。飞行控制系统通过传感器感知外界环境的变化，通过自身对数据的运算来改变无人机的姿态，使无人机可以自主稳定的改变自身的飞行姿态。

飞行控制系统作为无人机飞行最重要的一环，其涉及的学科也是最广的，其中包括电子、通信、自动化和计算机等。飞行控制系统的研究是对多个学科知识的杂糅与再创新。

本文首先介绍了无人机发展的背景和现状，然后介绍了四旋翼无人机直流电机模型、螺旋桨转动模型、飞行器非线性模型、飞行器的转动模型和系统状态方程。

接下来对无人机的硬件系统进行选择，介绍了四旋翼无人机电机、螺旋桨等的选型。其中最重要的是无人机控制系统的选型。

随后建立了无人机的导航系统坐标系，研究了以卡尔曼滤波为核心的无人机姿态角的结算和控制过程并进行数据融合，在MATLAB环境下使用PID算法和模糊自整定PID 算法进行仿真实验，结果显示后者的控制效果要优于前者。

最后测试四旋翼无人机的硬件、姿态性能，并对无人机进行实地飞行测试。四旋翼无人机能够稳定飞行超过20min，达到要求。

关键词:四旋翼无人机;飞行控制系统;卡尔曼滤波;姿态解算;模糊控制

华北水利水电大学硕士学位论文