[实用新型]一种四旋翼飞行器姿态控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种四旋翼飞行器姿态控制系统，属于飞行器控制技术领域。

背景技术

早在上个世纪中叶，微小型多旋翼飞行器已经受到海外一些研究机构的瞩目，但多旋翼飞行器一般尺寸较小，负载能力相对较差，无法搭载传统的高精度传感器。直到本世纪初，MEMS传感器技术的发展使微小型多旋翼飞行器的研究得到突破。

姿态控制是多旋翼飞行控制的基础。为完成姿态控制，首先必须得到飞行器的姿态信息。目前飞行器姿态角的测量方法主要有：1、采用高精度的陀螺仪。虽然价格相对较低，但陀螺仪本身存在漂移，随时间增加，数据准确度会很差。2、采用加速度计和地磁计对陀螺仪数据进行修正，从而抑制传感器漂移。此方法的准确度与采用的补偿算法有关，一般有欧拉角、四元数、旋转矢量、扩展卡尔曼等。商业化的姿态测量系统主要有美国Crossbow公司的MNAV模块和荷兰Xsens公司的MTi，但他们的价格都高达数万人民币，严重影响了其应用范围。

3、采用图像处理的方法。此方法通过对图像的处理结合相应算法可得到较为准确的姿态信息，但图像处理数据量较大，数据更新频率慢，不易满足飞行器的需要。此外，因为图像处理一般需要安装图像采集设备和标志物等，受环境的制约较大，无法广泛采用。

目前，姿态控制器的设计方法较多，如PID控制、现代控制、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对模型的准确性要求较高，当模型摄动或是受到外界干扰时其控制品质会明显下降，严重影响了多旋翼飞行器的应用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低的四旋翼飞行器姿态控制系统。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种四旋翼飞行器姿态控制系统，包括DC-DC电路、三轴加速度器、地磁计、陀螺仪、模数转换器和微处理器，所述三轴加速度器、地磁计、陀螺仪通过模数转换器与微处理器相连，三轴加速度器、地磁计、陀螺仪将检测到模拟信号经模数转换后发送到微处理器进行处理和控制。

进一步地优化方案，本实用新型四旋翼飞行器姿态控制系统中，所述陀螺仪的数量为三个。

一种四旋翼飞行器姿态控制方法，包括以下步骤：

步骤一、获取当前飞行器的姿态角信息，所述姿态角包括滚转角、俯仰角和偏航角；

步骤二、分别设计滚转角、俯仰角和偏航角的控制器，其中滚转角与俯仰角的控制器相同；

步骤三、对步骤二中获得的三个控制器的控制量进行叠加后输出一个总的驱动信号从而驱动电机工作以控制飞行器姿态。

进一步地优化方案，所述四旋翼飞行器姿态控制方法中，步骤一中获取当前飞行器的姿态角信息，具体如下：

（1-1）建立飞行器的姿态角模型，其中包括滚转角模型、俯仰角模型和偏航角模型，所述滚转角模型和俯仰角模型相同均为：