飛行控制系統(tǒng)是無人機的核心,操控著無人機自主飛行。無人機要求能夠按照規(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和任務在飛控的相關(guān)研究中至關(guān)重要。姿態(tài)的獲取依靠姿態(tài)測量系統(tǒng),即傳感器和姿態(tài)解算算法。無人機因其體積、成本、功耗的限制,在傳感器上通常選擇微機電（MEMS）慣性傳感器,如3軸陀螺儀、3軸加速度計等,單一的慣性傳感器無法長時間獲得穩(wěn)定可靠的信息,所以需要加入別的輔助傳感器,如磁力計,組合形成多傳感器姿態(tài)測量系統(tǒng)。對于多個傳感器提供的多類型數(shù)據(jù),需利用濾波算法進行融合,并估計出最優(yōu)的姿態(tài)角,為后續(xù)姿態(tài)控制提供良好輸入。本文在分析和對比了常用的濾波融合算法之后,選擇了數(shù)據(jù)存儲量小、估計效果優(yōu)、在工程中使用最為廣泛的卡爾曼濾波（KF）和擴展卡爾曼濾波（EKF）來對各傳感器進行數(shù)據(jù)融合和狀態(tài)估計。為提高精度和長期穩(wěn)定性,將陀螺儀、加速度計、磁力計組合起來形成多傳感器測量單元,并對各個傳感器的原始數(shù)據(jù)誤差進行了建模和校正。設(shè)計13階EKF姿態(tài)估計器,能對上述3個傳感器的9項數(shù)據(jù)進行融合,估計出3個姿態(tài)角顯示在地面站上,通過實驗對比... 

【文章來源】：武漢工程大學湖北省

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

四旋翼無人機結(jié)構(gòu)

具有 3 個 16 位 ADC，將測得的各模擬量相應地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。為了精確跟蹤不同速度的運動，傳感器的測量范圍可控，陀螺儀的可測范圍為 ± 250°/s、 ± 500°/s、 ± 1000°/s和 ± 2000°/s，加速度計的可測范圍為 ± 2g、 ± 4g、 ± 8g和 ± 16g。另外，MPU6050 上還集成了一個可擴展的數(shù)字運動處理器、一個在工作環(huán)境下僅有 ± 1%變動的振蕩器、一個能實時感知環(huán)境溫度并對 MPU6050 進行溫度補償?shù)臏囟葌鞲衅鳌PU6050 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 HMC5883L 原理圖（3）氣壓高度計 MPL3115氣壓高度計通過測量氣體的絕對壓強來間接測量飛行器高度，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量飛行器高度。氣壓計的主要傳感元件是一個對氣強度敏感的薄膜，被測氣體的壓力降低或者升高會導致薄膜變形帶頂針，同時改變外圍電路連接的電阻，施加 0~3V 的信號電壓，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）半導體公司的 MPL3115 氣壓高度計，其內(nèi)部集成了一個微械的氣壓傳感器，配備了一個 24 位高精度 ADC，并采用 I2C 接口主機相連，原理圖如下：

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3097648