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[四轴技术交流] 技术干货:四轴飞行器姿态控制算法[创客集结号转]

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楼主
什么是姿态解算呢?创客集结号为大家解答一下,姿态解算(attitude algorithm)是指把陀螺仪,加速度计, 罗盘等的数据融合在一起,得出飞行器的空中姿态,飞行器从陀螺仪器的三轴角速度通过四元数法得到俯仰,航偏,滚转角,这是快速解算,结合三轴地磁和三轴加速度得到漂移补偿和深度解算。

姿态的数学模型坐标系

姿态解算需要解决的是四轴飞行器和地球的相对姿态问题。地理坐标系是固定不变的,正北,正东,正上构成了坐标系的X,Y,Z轴用坐标系R表示,飞行器上固定一个坐标系用r表示,那么可以适用欧拉角,四元数等来描述r和R的角位置关系。


姿态的数学表示

姿态有多种数学表示方式,常见的是四元数,欧拉角,矩阵和轴角。在四轴飞行器中使用到了四元数和欧拉角,姿态解算的核心在于旋转。姿态解算中使用四元数来保存飞行器的姿态,包括旋转和方位。在获得四元数之后,会将其转化为欧拉角,然后输入到姿态控制算法中。姿态控制算法的输入参数必须要是欧拉角。AD值是指MPU6050的陀螺仪和加速度值,3个维度的陀螺仪值和3个维度的加速度值,每个值为16位精度。AD值必须先转化为四元数,然后通过四元数转化为欧拉角。在四轴上控制流程如下图:


PID控制算法

先简单说明下四轴飞行器是如何飞行的,四轴飞行器的螺旋桨与空气发生相对运动,产生了向上的升力,当升力大于四轴的重力时四轴就可以起飞了。四轴飞行器飞行过程中如何保持水平:假设一种理想状况:四个电机的转速是完全相同的是不是我们控制四轴飞行器的四个电机保持同样的转速,当转速超过一个临界点时(升力刚好抵消重力)四轴就可以平稳的飞起来了呢?答案是否定的,由于四个电机转向相同,四轴会发生旋转。我们控制四轴电机1和电机3同向,电机2电机4反向,刚好抵消反扭矩,巧妙的实现了平衡, 但是实际上由于电机和螺旋浆本身的差异,造成无法做到四个电机产生相同的升力,这样飞行器起飞之后就会失去平衡。


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沙发
| 2018-9-29 21:50 | 只看该作者
感觉意犹未尽。
板凳
| 2018-10-3 19:30 | 只看该作者
确实够干的。
地板
| 2018-10-7 14:09 | 只看该作者
太干了。。。
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