飛行控制系統(tǒng)是無人機(jī)的核心,操控著無人機(jī)自主飛行。無人機(jī)要求能夠按照規(guī)定的航線穩(wěn)定飛行,首先需要獲取姿態(tài)信息,其次才能確定控制量調(diào)整飛行姿態(tài)。姿態(tài)的獲取作為飛控的首要目標(biāo)和任務(wù)在飛控的相關(guān)研究中至關(guān)重要。姿態(tài)的獲取依靠姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),即傳感器和姿態(tài)解算算法。無人機(jī)因其體積、成本、功耗的限制,在傳感器上通常選擇微機(jī)電（MEMS）慣性傳感器,如3軸陀螺儀、3軸加速度計(jì)等,單一的慣性傳感器無法長(zhǎng)時(shí)間獲得穩(wěn)定可靠的信息,所以需要加入別的輔助傳感器,如磁力計(jì),組合形成多傳感器姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)于多個(gè)傳感器提供的多類型數(shù)據(jù),需利用濾波算法進(jìn)行融合,并估計(jì)出最優(yōu)的姿態(tài)角,為后續(xù)姿態(tài)控制提供良好輸入。本文在分析和對(duì)比了常用的濾波融合算法之后,選擇了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小、估計(jì)效果優(yōu)、在工程中使用最為廣泛的卡爾曼濾波（KF）和擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）來對(duì)各傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和狀態(tài)估計(jì)。為提高精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,將陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)組合起來形成多傳感器測(cè)量單元,并對(duì)各個(gè)傳感器的原始數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行了建模和校正。設(shè)計(jì)13階EKF姿態(tài)估計(jì)器,能對(duì)上述3個(gè)傳感器的9項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,估計(jì)出3個(gè)姿態(tài)角顯示在地面站上,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比... 

【文章來源】：武漢工程大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

四旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)

具有 3 個(gè) 16 位 ADC，將測(cè)得的各模擬量相應(yīng)地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。為了精確跟蹤不同速度的運(yùn)動(dòng)，傳感器的測(cè)量范圍可控，陀螺儀的可測(cè)范圍為 ± 250°/s、 ± 500°/s、 ± 1000°/s和 ± 2000°/s，加速度計(jì)的可測(cè)范圍為 ± 2g、 ± 4g、 ± 8g和 ± 16g。另外，MPU6050 上還集成了一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器、一個(gè)在工作環(huán)境下僅有 ± 1%變動(dòng)的振蕩器、一個(gè)能實(shí)時(shí)感知環(huán)境溫度并對(duì) MPU6050 進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅�。MPU6050 支持 SPI 和 I2C 兩種總線訪問方式，在本文飛控系統(tǒng)中，為了能夠共享總線，MPU6050 選擇通過 I2C 總線連接微處理器芯片，原理圖如 2.4 所示：

圖 2.5 磁力計(jì) HMC5883L 原理圖（3）氣壓高度計(jì) MPL3115氣壓高度計(jì)通過測(cè)量氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)來間接測(cè)量飛行器高度，由地球表面大氣密度不等，通常隨著高度上升而減小，由空氣重力產(chǎn)的大氣壓強(qiáng)也就隨之減小，它們之間存在線性關(guān)系，依據(jù)這種線性系就可以間接測(cè)量飛行器高度。氣壓計(jì)的主要傳感元件是一個(gè)對(duì)氣強(qiáng)度敏感的薄膜，被測(cè)氣體的壓力降低或者升高會(huì)導(dǎo)致薄膜變形帶頂針，同時(shí)改變外圍電路連接的電阻，施加 0~3V 的信號(hào)電壓，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接受。本文飛控系統(tǒng)中采用飛思卡爾（現(xiàn)智浦）半導(dǎo)體公司的 MPL3115 氣壓高度計(jì)，其內(nèi)部集成了一個(gè)微械的氣壓傳感器，配備了一個(gè) 24 位高精度 ADC，并采用 I2C 接口主機(jī)相連，原理圖如下：

【參考文獻(xiàn)】：
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