渤海大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）四旋翼無人機(jī)設(shè)計與制作TheManufactureandDesignofQuadRotorUnmannedAerialVehicle學(xué)院（系）：專 業(yè)：學(xué) 號：學(xué)生姓名：入學(xué)年度：指導(dǎo)教師：完成日期：

摘四旋翼無人機(jī)飛行器因為它的結(jié)構(gòu)簡單而且控制起來也很方便近幾年來發(fā)展起來的熱門產(chǎn)業(yè)的過程其中包括了四旋翼無人機(jī)飛行器的飛行原理硬件的介紹和選型算法的推導(dǎo)和實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的具體實現(xiàn)該四旋翼飛行器控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心根據(jù)各個傳感器的特點校正以及低通數(shù)字濾波處理之后設(shè)計了互補(bǔ)濾波器對姿態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計的姿態(tài)測量。最后結(jié)合GPS控制與姿態(tài)控制疊加進(jìn)行PID控制四旋翼飛行器的四個電機(jī)來達(dá)到實現(xiàn)各種飛行動作的目的在制作四旋翼飛行器的過程中的調(diào)試并且與現(xiàn)有優(yōu)秀算法做對比驗證行器。關(guān)鍵詞：姿態(tài)傳感器；四元數(shù)姿態(tài)解算；STM32微型處理器；數(shù)據(jù)融合；

TheManufactureandDesignofQuadRotorUnmannedAerialVehicleQuad-rotorunmannedaerialvehicleaircrafthaveasimplestructure,anditisveryeasytocontrol,soithasbecomepopularinrecentyears.Herearticledescribesindetailthedesignandtheprocessofmakingthefour-rotoraircraft,includingQuad-rotorUAVaircraftflightprinciple,hardwareintroductionandselection,implementationandrealizationofderivationattitudereferencealgorithm,thesystemsoftware.TheQuad-rotoraircraftcontrolsystemSTM32f103zetmicrocontrollercore,andtheadvantagesanddisadvantagesbasedontheaccelerometersensor,agyrosensorandelectroniccompasssensorsusingdifferentcorrectionmethodsforcorrectingvarioussensordataandlow-passdigitalfilterprocessing,afterdesigncomplementaryfiltertoestimatetheoptimalposture,preciseattitudemeasurement.Finally,GPScontrolandattitudecontrolPIDcontrolissuperimposedfour-rotoraircraftfourmotorstoachieveavarietyofflightmaneuverstoachievethepurpose.Four-rotoraircraftintheproductionprocess,alotofdebugginganddocomparisonwiththeexistingexcellentalgorithmvalidation,thefinaldesigntostabilizetheQuad-rotorUAVflyingaircraft.KeyWords：

目摘 要1 緒論1.1 研究背景及意義1.2國內(nèi)外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀1.2.1國外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀1.2.2國內(nèi)四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀1.3本文研究內(nèi)容和方法2四旋翼飛行器工作原理2.1四旋翼飛行器的飛行原理2.2四旋翼飛行器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3四旋翼飛行器硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1微慣性組合系統(tǒng)傳感器組成3.1.1MEM陀螺儀傳感器3.1.2MEM加速度計傳感器3.1.3三軸數(shù)字羅盤傳感器3.2姿態(tài)測量系統(tǒng)傳感器選型3.3電源系統(tǒng)設(shè)計3.4其它硬件模塊3.4.1無線通信模塊3.4.2電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動模塊3.4.3機(jī)架和螺旋槳的選型3.4.4遙控控制模塊4四旋翼飛行器姿態(tài)參考系統(tǒng)設(shè)計4.1姿態(tài)參考系統(tǒng)原理4.2傳感器信號處理4.2.1加速度傳感器信號處理4.2.2陀螺儀信號處理4.2.3電子羅盤信號處理4.3坐標(biāo)系4.4姿態(tài)角定義4.5四元數(shù)姿態(tài)解算算法4.6校準(zhǔn)載體航向角5四旋翼飛行器系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1系統(tǒng)程序設(shè)計5.1.1姿態(tài)參考系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1.2PID控制算法設(shè)計結(jié)論參考文獻(xiàn)

11.1 研究背景及意義

隨著MEMS傳感器、無刷電機(jī)、單片機(jī)以及鋰電池技術(shù)的發(fā)展，四旋翼飛行器現(xiàn)在已經(jīng)成為航模界的后起之秀與固定翼飛行器相比之下四旋翼飛行器具有結(jié)構(gòu)簡單控制起來非常方便能夠垂直起降成本非常的低穩(wěn)定性也高機(jī)動性非常強(qiáng)等特點在民用可以代替有人機(jī)完成一些任務(wù)在軍事上有很強(qiáng)的戰(zhàn)場生存能力因此在這些領(lǐng)域應(yīng)用廣泛如軍事偵查農(nóng)林業(yè)調(diào)查災(zāi)害檢測輸電線巡查玩具航模航拍氣象探測等四旋翼飛行器的飛行原理雖然簡單但是涉及到的知識面非常的廣[1]從機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計傳感器濾波算法控制系統(tǒng)的設(shè)計和軟件的設(shè)計都需要理論的支持本次設(shè)計針對四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究它的研偵查追蹤等民用和軍用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化作出突出貢獻(xiàn)廉價并且高性能的飛行器的研究將會擁有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，能夠?qū)ξ覈目蒲惺聵I(yè)起到巨大的推動作用。1.2國內(nèi)外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀1.2.1國外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀目前國外四旋翼飛行器的研究也是主要集中在飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的新的理論的研究,比如：神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制算法、模糊自適應(yīng)控制算法等。國外還在四旋翼飛行器的自主飛行以及多機(jī)協(xié)同運(yùn)作等方面有很多研究單的介紹：首先非常具有代表性的是美國Draganflye公司研發(fā)出來的Draganflye翼飛行器[2]，如圖1.力強(qiáng)能攜帶高清攝像機(jī)因此主要用途為航拍另外還有Parro公司研發(fā)的飛行器也是非常具有代表性，如圖1.2所示。AR.Drone可以用手機(jī)遠(yuǎn)程控制，使用MEMS高精度姿態(tài)傳感器并且配備多種傳感器和攝像頭使AR.Drone松地進(jìn)行飛行任務(wù)[3]。德國在四旋翼飛行器研究方面也具有較高的水平德國的MicroDrones公司推出的一款四旋翼飛行器MD4-200[4]如圖1.3所示負(fù)載能力強(qiáng)，而且非常省電。該型號飛行器配備有GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和攝像設(shè)備，

能夠很輕松的在室內(nèi)和室外執(zhí)行航拍任務(wù)圖1.1DraganflyerX4四旋翼飛行器圖1.2AR.Drone現(xiàn)在許多科研院所已開始開展四旋翼飛行器相關(guān)科研項目行器系統(tǒng)建模的研究和四旋翼飛行器飛行功能的實現(xiàn)。美國賓夕法尼亞大學(xué)GRASP實驗室設(shè)計出了一種能夠編隊飛行的四旋翼無人機(jī)飛行器光源通過安裝在室內(nèi)墻壁上的攝像頭設(shè)備進(jìn)行拍攝且對其進(jìn)行編隊飛行控制操作，如圖1.4所示。麻省理工學(xué)院設(shè)計的一款可以在室內(nèi)進(jìn)行地圖測繪行器系統(tǒng)該系統(tǒng)通過激光雷達(dá)對周圍環(huán)境進(jìn)行測量據(jù)并且根據(jù)周圍的環(huán)境進(jìn)行自主壁障和飛行路徑規(guī)劃和搜救，如圖1.5所示。圖1.3德國MD4-200四旋翼飛行器 圖1.4

1.2.2國內(nèi)四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀現(xiàn)今四旋翼飛行器的研究在國內(nèi)逐漸發(fā)展壯大并且已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)有許多公司(如D大疆公司)將四旋翼飛行器應(yīng)用于商業(yè)化，如圖1.6所示。圖1.5麻省理工學(xué)院四旋翼飛行器 圖1.6目前對四旋翼飛行器的研究主要集中在以下幾個方面：

(1)四旋翼飛行器的姿態(tài)控制。四旋翼飛行器研究的最主要技術(shù)難點在于對飛行姿態(tài)的控制因其旋翼多因此四旋翼飛行器比傳統(tǒng)的直升機(jī)控制起來復(fù)雜領(lǐng)域的研究方向主要集中在飛行器的數(shù)學(xué)建?？刂扑惴ê蜑V波算法究算法有剛體旋轉(zhuǎn)理論非線性濾波法四元數(shù)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法PID控制算法糊自適應(yīng)控制等。

(2)適合于四旋翼飛行器的新的傳感器技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外逐漸出現(xiàn)了通用的整合于一體的傳感器模塊例如MPU605(3)電機(jī)和電池領(lǐng)域的發(fā)展。近些年來，無刷電機(jī)和空心杯電機(jī)的進(jìn)一步普及和應(yīng)用于四旋翼飛行器上四旋翼飛行器的動力得到了很大程度的提高鋰電池和燃料電池的出現(xiàn)和應(yīng)用大大增加了飛行器的續(xù)航能力。(4)GPS的發(fā)展隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展壯大GPS人們可以不用害怕飛行器故障之后會不會找不到，因為我們可以用GPS進(jìn)行衛(wèi)星定位，而且還可以設(shè)置航點，實現(xiàn)飛行器的自主飛行。

(5)無線傳輸模塊的發(fā)展?，F(xiàn)如今無線傳輸可以應(yīng)用的范圍越來越廣泛，藍(lán)牙、WIFI等無線傳輸方式越來越被普遍應(yīng)用到飛行器上，從而實現(xiàn)手機(jī)的遙控控制。

1.3本文研究內(nèi)容和方法

本文研究基于MEMS傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)，通過對姿態(tài)測量傳感器數(shù)據(jù)的分析，設(shè)計出了有效去噪的濾波方算法有了更深的理解最后應(yīng)用于設(shè)計的飛行控制器上實現(xiàn)了姿態(tài)角的測量過大量的實驗驗證了它們的準(zhǔn)確性的工作，具有很好地工作性能。本文一共分為五章，主要內(nèi)容安排如下：第一章緒論部分主要介紹了該項目的研究背景及意義四旋翼飛行器在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

第二章主要介紹了四旋翼飛行器的飛行原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架。第三章詳細(xì)介紹了四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計的工作。介紹了MEM感器的原理、特性和型號的選擇和硬件電路圖。飛行器控制芯片選擇STM32電路包括有姿態(tài)測量系統(tǒng)電源模塊無線通訊串口通訊電機(jī)驅(qū)動遙控器控制電路、GPS模塊。第四章說明了姿態(tài)參考系統(tǒng)的核心算----第五章針對軟件實現(xiàn)部分進(jìn)行了介紹給出了編程的軟件流程圖和串級PID控制和定高控制方法。最后對本次設(shè)計進(jìn)行了總結(jié)，提出了不足之處并對今后的研究工作進(jìn)行了展望。

22.1四旋翼飛行器的飛行原理

四旋翼飛行器有兩種模式也就是X字模（如圖2.1所示和十字模（如圖2.2所示）其實這兩種模式差別不大到X模式使用廣泛因此我們采用X四旋翼飛行器的四個電機(jī)對稱分布在各個軸上并且同一條軸線上電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向要保證相同，相鄰的電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反[5]。如果電機(jī)1、3電機(jī)24就要按照順時針方向旋轉(zhuǎn)這樣做為了克服反扭矩的影響我們要通過控制4個電機(jī)的轉(zhuǎn)速來完成飛行器俯仰、橫滾、偏航等動作。y x 2 圖2.1X型四旋翼飛行器模型圖2.2十字型四旋翼飛行器模型2.2四旋翼飛行器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

四旋翼無人機(jī)采用模塊化設(shè)計如圖2.3所示分別由控制模塊電源供電系統(tǒng)無線通信模塊GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)遙控器控制模塊串口通信模塊、地面站系統(tǒng)。

四旋翼飛行器控制器的核心任務(wù)是姿態(tài)的測量它的作用是為飛行器控制系統(tǒng)提供實時精確的飛行狀態(tài)測量數(shù)據(jù)常見的四旋翼飛行器人們大多是采用基于傳感器來測量飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)[6]解算需要對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理

補(bǔ)償這樣做能夠有效提高飛行器姿態(tài)測量精度穩(wěn)定性。地面站三軸加速度計和三軸陀螺儀三軸數(shù)字羅盤超聲波傳感器無線模塊遙控接收器SPITIMERIICSTM32f103PWM輸出USART模塊USART器遙控器圖2.3四旋翼飛行器的主控板選擇的是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32f103ze芯片，STM32系列的單片機(jī)是基于Cortex-M內(nèi)核的處理器，功耗低，處理速度非?？欤罡吖ぷ黝l率可達(dá)72MHz7通道DMA控制器支持定時器ADCSPIIIC等外設(shè)，多達(dá)112個I/O口，8個Time定時器，5個串行USART接口，3個SPI接口，2個IIC接口[7]。電源模塊采用11.1V鋰電池外部供電，連接電子調(diào)速器為控制器提供5V電壓?？刂破魃线€有3.3V穩(wěn)壓芯片，為控制芯片供電。遙控器控制模塊，控制器對遙控器數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲處理該部分我們通過對STM32定時器進(jìn)行輸入捕獲配置捕獲接收機(jī)發(fā)出的PW信號把該信號轉(zhuǎn)化成控制量在經(jīng)過PID控制把輸出量給四個電機(jī)，進(jìn)而控制飛行器的動作。

GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，配合上位機(jī)在上位機(jī)上輸入一些GP坐標(biāo)點，控制系統(tǒng)就會自動生成航線并且能夠從GPS系統(tǒng)中讀取定位數(shù)據(jù)[8]并且與存儲的定位坐標(biāo)做實時的對比然后修正航線將定位坐標(biāo)顯示在上位機(jī)上

33.13.1.1MEMS陀螺儀傳感器

陀螺儀是一種能用來維持方向與角速（獲取角速度的裝置量守恒會改變。這種用來保持方向而制造出來的裝置就叫陀螺儀[9]，如圖3.1多用于導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，姿態(tài)控制系統(tǒng)中多采用三軸陀螺儀，如圖3.2所示。圖3.1陀螺儀 圖3.2MEMS3.1.2MEMS加速度計傳感器能將物體加速度的信息轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器稱之為加速度傳感器在姿態(tài)控制系統(tǒng)中加速度傳感器用來測量與重力方向的夾角當(dāng)應(yīng)用到實際中時我們就可以理解加速度傳感器輸出的信號是當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下加速度在導(dǎo)航坐標(biāo)系下投影加速度計能根本無法測量出姿態(tài)角需要陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)相結(jié)合才能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)條件下的姿態(tài)測量[10]。

3.1.3三軸數(shù)字羅盤傳感器

數(shù)字電子羅盤也叫指南針顧名思義指南針是用來指示方向的傳統(tǒng)羅盤通過磁針來感應(yīng)地磁場方向電子羅盤通過磁阻傳感器測量地磁方向信息再將所測信息轉(zhuǎn)換為信號輸出數(shù)字電子羅盤的優(yōu)勢在于它克服了只能夠在水平面使用的缺點這種數(shù)字電子羅盤內(nèi)部有傾斜補(bǔ)償裝置這個裝置一般是由加速度傳感器來完成如果在完全動態(tài)的情況下也需要陀螺儀檢測姿態(tài)角通過這個角度和磁場方向信息可以補(bǔ)償?shù)玫綔?zhǔn)確的角度信息3.2姿態(tài)測量系統(tǒng)傳感器選型

目前市場上出現(xiàn)的一款I(lǐng)nvenSens公司的MPU605芯片內(nèi)部集成了三軸加速度計和三軸陀螺儀誤差的問題而且因為芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有數(shù)字可編程低通濾波器較大震動的時候可以用軟件設(shè)置適當(dāng)頻率的低通濾波器濾掉高頻震動很有效的減少了四旋翼機(jī)身震動對姿態(tài)測量的影響因此MPU6050態(tài)控制系統(tǒng)之中，其特征如下：（1三軸角速度傳感器具有±250±500±1000與±2000（°/s[11]；三軸加速度量程控制范圍有±2g、±4g、±8g、和±16g。

（2）具備較低功耗：芯片供電電壓 VDD為2.5V±5%、3.0V±5%、3.3V±5%[12]；陀螺儀工作電流5mA，待機(jī)電流為5uA；加速度計工作電流為500uA，在10Hz低功耗模式下僅需40uA的電流[13]。（3）陀螺儀和加速度計都具備16位ADC同步采樣功能。

（4IIC接口傳輸頻率可高達(dá)400KHz內(nèi)建頻率發(fā)生器在所有溫度范圍只有1%頻率變化。

綜合MPU6050特性，我們采用如圖3.3所示的電路讀取三軸加速度和三軸陀螺儀數(shù)據(jù)。

圖3.3MPU6050HMC5883傳感器是三軸數(shù)字羅盤，它可以用來測量四軸飛行器所處位置的三軸磁場信息該傳感器內(nèi)置了三軸磁阻模塊和放大采樣電路直接輸出數(shù)字信號用來測量航向角并進(jìn)行姿態(tài)解算HMC5883電路圖如圖3.4所示HMC5883的特點如1.IIC數(shù)字量輸出總線接口，設(shè)計使用簡單，尺寸非常小。

2.有較高的測量精度，內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換。圖3.4HMC58834.擁有自動校準(zhǔn)功能，簡化了應(yīng)用的步驟。5.內(nèi)置有自測試電路，量產(chǎn)測試非常方便，不需要增加額外的高昂測試設(shè)備[14]。6.功耗較低，供電電壓只需要1.8V，睡眠模式功耗-2.5uA，測量模式功耗-0.6mA

3.3電源系統(tǒng)設(shè)計為了滿足飛行控制系統(tǒng)的需要，電源系統(tǒng)為飛行控制器和功能模塊提供了12V5V和3.3V電壓電路設(shè)計如圖3.5所示選擇12V的鋰電池作為供電電源通過穩(wěn)壓芯片將12V電壓降為5V，為GPS然后通過AMS1117_3.3穩(wěn)壓芯片再把5V電壓降為3.3V，為飛行控制主板、姿態(tài)測量傳感器和無線通信模塊提供電能。圖3.53.43.4.1無線通信模塊

該模塊為上位機(jī)和控制器建立了聯(lián)系通過兩塊NRF24L01進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸控從而達(dá)到可控的要求。NRF24L01的工作頻段為2.4~2.5GHz，而且具備自動重發(fā)功能有個數(shù)據(jù)傳輸通道最大傳輸速率高達(dá)2Mbits[15]STM32主控板可以通過SPI接口對NRF24L01的寄存器進(jìn)行配置，無線通信模塊的電路設(shè)計圖，如圖3.6所示。

圖3.6NRF24L013.4.2電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動模塊我們常用的直流電機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可以劃分為無刷電機(jī)和有刷電機(jī)無刷電機(jī)是航模電機(jī)的主流選擇因為它力量大而且耐用心杯電機(jī)屬于有刷電機(jī)一類由于我們設(shè)計的是大型四旋翼飛行器刷電機(jī)。無刷電機(jī)根據(jù)廠商的不同，種類也是非常的多，市面上的主要有朗宇、新西達(dá)、銀燕等品牌在這些無刷電機(jī)中口碑最好的就是朗宇電機(jī)用的人非常的多因此采用朗宇無刷電機(jī)。四旋翼飛行器所用的無刷電機(jī)主要有電機(jī)尺寸和電機(jī)KV值兩個參數(shù)指的是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑和高度電機(jī)K值是指外加1V速根據(jù)參數(shù)設(shè)置最后選擇采用朗宇A(yù)2212KV1400無刷電機(jī)電機(jī)實物圖3.9所示。無刷電機(jī)的驅(qū)動就是俗稱的電子調(diào)速器也稱電調(diào)，如圖3.1所示。黑色和紅色的是11.1V電源線紅色接電源正極黑色接電源負(fù)極相連如果轉(zhuǎn)向反了只需將其中任意兩根線互換就可以白紅黑三根線是和電調(diào)相連的白色為信號線，紅色為控制板提供5V供電電源黑色的線接控制器的GND

圖3.9朗宇無刷電機(jī) 圖3.103.4.3機(jī)架和螺旋槳的選型

對于機(jī)架的選擇差的機(jī)架會使姿態(tài)傳感器讀取到的數(shù)據(jù)噪聲較大加大四旋翼飛行器在飛行過程中的不穩(wěn)定性因此選用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定質(zhì)量較輕的碳纖機(jī)架這樣很大程度上也提高了飛行器的載重。機(jī)架實物圖如圖3.11所示。螺旋槳是由電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動為四旋翼飛行器提供升力的螺旋槳分為正反槳針方向轉(zhuǎn)的電機(jī)需要配正槳逆時針轉(zhuǎn)的電機(jī)需要配反槳電機(jī)來配備從槳的型號我們可以讀出槳的直徑和角度例如1047中的前兩位10示槳的直徑單位是英寸后兩位代表槳的角度的螺旋槳同樣轉(zhuǎn)速情況下產(chǎn)生的升在設(shè)計時選用1047的槳，槳的實物圖如圖3.12所示。

圖3.11四旋翼飛行器機(jī)架 圖3.1210473.4.4遙控控制模塊

該遙控器控制模塊是由一個7通道的遙控器和配套的接收機(jī)組成的油門副翼升降舵方向舵通道分別與控制器上的接口相連的捕獲功能捕獲到遙控器通過接收機(jī)傳出的控制信號飛行器的飛行動作的。遙控器和接收機(jī)的實物圖如圖3.13所示。圖3.13

44.1姿態(tài)參考系統(tǒng)原理姿態(tài)參考系統(tǒng)是利用慣性導(dǎo)航器件來測量載體姿態(tài)角的一種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)MEMS傳感器的數(shù)據(jù)帶有噪聲因此姿態(tài)參考系統(tǒng)需要對MEMS進(jìn)行濾波處理然后對濾波信號進(jìn)行姿態(tài)解算由于姿態(tài)傳感器各自特點的不同以需要對每個傳感器信號進(jìn)行濾波然后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的動態(tài)特性。姿態(tài)參考系統(tǒng)的原理圖，如圖4.1所示。三軸加速度計三軸陀螺儀低通濾波低通濾波

/卡爾曼濾波

/均值濾波四元數(shù)/歐拉角姿態(tài)解算三軸電子羅盤去極值濾波航向解算圖4.1從MEMS傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破魈幚淼倪^程中會受到很多因素的干擾，造成傳輸誤差，為了減小誤差，提高檢測的精度就需要用濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。濾波器可以通過硬件實現(xiàn)，也可以通過軟件實現(xiàn)，具有較大的靈活性[16]。從加速度傳感器提取到的信號經(jīng)過姿態(tài)解算后的姿態(tài)角信號在和陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的過程中以低頻信號為主的根據(jù)這一特性過低通濾波器或者均值濾波器提高信噪比。陀螺儀信號具有高動態(tài)的特點它的信號噪聲主要為高斯白噪音我們可以通過卡爾曼濾波器來濾除這種高斯白噪聲所以選擇均值濾波來去除噪聲。電子羅盤傳感器測量的是地磁強(qiáng)度，我們都知道物體在運(yùn)動時地磁強(qiáng)度變化慢，它在姿態(tài)測量系統(tǒng)中屬于低頻信號，因此采用均值濾波來濾除噪聲信號。

歐拉角和四元數(shù)方法都是針對陀螺儀姿態(tài)測量進(jìn)行處理的數(shù)學(xué)方法解算處姿態(tài)角把解算出來的姿態(tài)角進(jìn)行數(shù)據(jù)融合據(jù)解算出的姿態(tài)角比較準(zhǔn)確因此在高動態(tài)條件下選用陀螺儀信號號解算出的姿態(tài)角更穩(wěn)定因此在低動態(tài)條件下選擇加速度信號。4.2傳感器信號處理4.2.1加速度傳感器信號處理加速度傳感器的輸出信號主要表示直線加速度大小和與重力方向的夾角[17]。常用的數(shù)字濾波器有很多種，例限值濾波、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）、算術(shù)平均濾波法、中位值濾波法和中位值平均濾波法等[18]。在實際的姿態(tài)解算中一般采用低通濾波器或者均值濾波器去除高頻噪聲干擾信號均值濾波因其具備低通濾波的特性并且計算簡單度信號。4.2.2陀螺儀信號處理

陀螺儀信號濾波要選擇卡爾曼濾波算法對于卡爾曼濾波器首先要清楚系統(tǒng)狀態(tài)的描述方法系統(tǒng)狀態(tài)的更新方法和系統(tǒng)測量值的更新方法數(shù)學(xué)公式，我們可以歸納出它的核心思當(dāng)前的估計值和協(xié)方差再根據(jù)協(xié)方差大小計算出卡爾曼增益的大小估計值和測量值計算出當(dāng)前最優(yōu)值和協(xié)方差。下面分步建立卡爾曼濾波方程式：預(yù)估計最優(yōu)值方程： X(k|k-1)=A(k,k-1)*X(k-1|k-1)+B(k)*U(k) 上式中，X(k|k-1)表示的是根據(jù)k-1時刻的最優(yōu)值計算出的k時刻估計X(k|k-1)示k-1時刻的最優(yōu)A(k,k-1)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩B(k)是輸入控制加權(quán)矩U(k)k時刻的輸入控制信號，這些參數(shù)需要根據(jù)具體的應(yīng)用場合進(jìn)行設(shè)計。預(yù)估計最優(yōu)值協(xié)方差：P(k|k-1)=A(k,k-1)*P(k-1|k-1)*A(k,k-1)+Q(k) 其中P(k|k-1)表示預(yù)估計最優(yōu)值X(k|k-1)對應(yīng)的協(xié)方P(k-1|k-1)表示對應(yīng)的協(xié)方差，表示了對預(yù)測值的信任Q(k)表示上一次測量估計值的信任程度Q矩陣值越大表示信任度越低行設(shè)計P和Q矩陣的區(qū)別在于Q矩陣是根據(jù)模型直接得到的P通過計算獲得的。

計算卡爾曼增益矩陣：

K(k)=P(k|k-1)*H(k)/(H(k)*P(k|k-1)*H(k)+R(k)) 其中，K(k)表示卡爾曼增益；R(k)表示k時刻觀測過程的covariance，即對測量的信任程度；H(k)表示觀測矩陣。更新估計： X(k|k)=X(k|k-1)+K(k)*(Z(k)–H(k)*X(k|k-1)) (4-4) P(k|k)=(1-K(k)*H(k))*P(k|k-1) 其中，Z(k)表示k時刻的觀測值，I為單位矩陣。4.2.3電子羅盤信號處理

電子羅盤信號非常容易受到高頻干擾在系統(tǒng)應(yīng)用中最好采用去極值濾波算法[19]去極值濾波就是將連續(xù)測量的n個采樣值按照數(shù)據(jù)的大小順序進(jìn)行排序去掉最大值和最小值后對剩下的n-2個數(shù)值計算求取平均值這種方法是最常用的濾波算法[20]。4.3坐標(biāo)系坐標(biāo)系是描述物體在空間的相對位置和運(yùn)動規(guī)律的體的空間位置只有選定參考坐標(biāo)系才能對系統(tǒng)的運(yùn)動進(jìn)行描述載體的描述規(guī)律和運(yùn)動形式也是不同的，選擇合適的坐標(biāo)系是非常重要的[21]。目前比較常用的坐標(biāo)系有：

(1)地理坐標(biāo)系(g系)坐標(biāo)系和地球固連，其原點位于地球球心，通常選取東北天坐標(biāo)系，即坐標(biāo)Xg軸指向水平東方Y(jié)g軸指向水平北方Zg軸垂直于當(dāng)?shù)厮矫嫜禺?dāng)?shù)卮咕€向上[22](2)導(dǎo)航坐標(biāo)系(n系)

一般選取當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系作為導(dǎo)航坐標(biāo)系坐標(biāo)Xn軸指向地理東方Y(jié)n軸指向地理北方，Zn軸垂直于當(dāng)?shù)厮矫?，沿?dāng)?shù)卮咕€向上[23],如圖4.2所示。

(3)載體坐標(biāo)系(b系)載體坐標(biāo)系，原點位于機(jī)體的質(zhì)心位置，通常選取右前上坐標(biāo)系，其Xb軸沿機(jī)體橫軸向右，Yb軸沿機(jī)體縱軸向前，Zb軸沿機(jī)體豎軸向上，如圖4.2所示。

圖4.2載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系4.4姿態(tài)角定義姿態(tài)角也是我們常說的歐拉角義的歐拉角是飛行器的三個姿態(tài)角即俯仰角橫滾角和偏航角可以用三次旋轉(zhuǎn)使得飛行器本身的坐標(biāo)系與地理參考系重合標(biāo)系的xy軸中的一個坐標(biāo)軸來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)過的角度即為歐拉角矩陣相乘的積就是歐拉姿態(tài)矩陣[24]，形如4-1： C C x y z

C C x y z

最終的姿態(tài)矩陣與這三次轉(zhuǎn)動的先后順序是有關(guān)系的，通常我們都按照Z-X-Y軸的順序。定義機(jī)體繞本體系x軸轉(zhuǎn)動的角度為俯仰角機(jī)體繞本體系y角度為橫滾角機(jī)體繞本體系z軸轉(zhuǎn)動的角度為航向角轉(zhuǎn)軸符合右手定則為正方向[25]俯仰角橫滾角和航向角合稱歐拉角下姿態(tài)矩陣4-2：

cos 0 sin 1 0 cos 0 sin 1 0 0 cos sin 0 1 0 0 cos sin sinC CCcos

sin 0 cos 0 sin cos

(4-7)0 (4-7) cos cos sin sin sin cos sin sin sin cos sin = cos sin cos cos sin cos cos si sinsincossinsincoscosin coscosn 4.5四元數(shù)姿態(tài)解算算法四元數(shù)其實是1個單位實數(shù)和3個虛數(shù)單位和k表示為d+a+b+ck，a、b、c、d代表實數(shù)[26]。四元數(shù)乘法運(yùn)算關(guān)系如下：

i i j j k ki j k j k i k i i i j j k ki j k j k i k i j

j i k k j i i k ， ，， ，， 式中，表示的是四元數(shù)的乘法。四元數(shù)與姿態(tài)矩陣之間的關(guān)系：設(shè)有參考坐標(biāo)系R，坐標(biāo)軸X0、Y0、Z0，坐標(biāo)軸方向的單位向量為i0、0、k0[27]。剛體相對于坐標(biāo)系R作定點轉(zhuǎn)動，定點為O，把坐標(biāo)系bb系的坐標(biāo)軸為xyz坐標(biāo)軸方向的單位向量為、k[28]假設(shè)初始時刻系與R系重合。在剛體上任取一點A，從O點向該點引向量O,如圖4.3所示。則該位置向量描述了剛體的空間角位置[29]。圖4.3

設(shè)剛體以ω=xyzk相對R系旋轉(zhuǎn)初始時刻位置處于O=間t后位置向量處于OA' r'。根據(jù)歐拉定理，剛體從位置轉(zhuǎn)到A'位置的轉(zhuǎn)動可等效成繞瞬軸u轉(zhuǎn)過角一次完成[30]這樣位置向量做圓錐運(yùn)動，和A'上，和r'位于同一圓錐面上。在圓上取一點B，是AO'90，由圖4.3可得。OO' (ru)OOO' (ru)

g B u OB u OAu r ruu u u cos sincos ( ) cos g g r ruu u g r'' ''

cos g cos 1 cos ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( ) (

( )g ruu (ru)u(ur r r r u u r u r u r u u rsin 1 cos ) ( 將上式向Rr'R rR (ur)Rsin1cos)[u(ur)]' ' r ， r ， nn

( ) n m ( ) n m

n l m l u

u

n

n n

n m l

(4-8)

R ( )

[ ( R u u r UR R R R r r Ur UUrI U UU( 2 sin cos 2sin 2 2 (4-9)I U 2 2 U I U 2 2 U則式(4-4)可以寫成：r'R DrR 記剛體固聯(lián)坐標(biāo)系為b系。所以rR r0

而在轉(zhuǎn)動過程中位置向量和b系都同剛體固聯(lián)所以位置和b置不變，即有r0 r'因此可得：rR r'b

rR Dr'b該式說明即為b系至R系的坐標(biāo)變換矩陣，根據(jù)式(4-3)和(4-5) RCb I U U RCb I U U

2 2 2 2 2 n 1 0 0 2 n 0 1 0 2cos sin 0 sin

n

0 0 1sin lsin 2 2 2 2 2 2 2 lm l 2 sin ( 2 2 2 2 lm l 2 2 2 2 2 2 mn m nsin 2 2 2 2 mn m 2 2 lq q (4-13) q q 并以0、、q2、3 q q q q l m q q q q l m Q i j k i j 2 cos 2 2(4-14)可得如下結(jié)論： Q u(1)四元數(shù) cos sin 描述了剛體的定點運(yùn) Q u2 2全部信息，uR為旋轉(zhuǎn)瞬軸的旋轉(zhuǎn)方向，為轉(zhuǎn)過的角度。

(2)四元數(shù)可以確定出b系至R系的坐標(biāo)變換矩陣。將(4-8)代入(4-7)2 2

2 3 1 2 0 3 2 2

2 3 1 2 0 3 1 3 0 2 2

1 2 0 3 1 3 2 3 0 2

1 3 0 2 2 3 0 1 1 1 2( ) 2( ) 2( 2( ) 1 2( ) 2( 2( ) 2( ) 1 2( )q q q qq q qq qq q q qq qq qq qq qq q q

(4-15)

Q q q q q l m n 2由于 2 2 2 Q q q q q l m n 22 2 2 20 1 2 3 1 2 2 2 2 20 1 2 3 1 2 0 3 1 3 0 22 2 2 1 2 0 3 0 1 2 3 2 3 0 1

2 2 2 1 3 0 2 2 3 0 1 0 1 2 q q q q q qq q qqq qq q q q q qq qq qq qq qq q q q 2( ) 2( 2( ) 2( 2( ) 2( )

(4-16)如果將向量rR和rb看作零標(biāo)量的四元數(shù)則rR和rb乘法表示：rR rbQ該式稱為坐標(biāo)變換的四元數(shù)乘表示方法，其中為R系至b證明如下：* Q r Q * Q r Q

q q q q q q q qq q q q q q q q q q q qq q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q 0 1 2 3 0 1 2 1 0 3 2 1 0 3 1 0 3 2 1 0 3 2 3 0 1 2 3 0 2 3 0 1 2 3 0 3 2 1 0 3 2 1 (4-17) 0 0 02( ) 2( q q q q q q q q q q qq q qq qqq q q q qq qq q q q q q qq qq q qq qq qq q q q q 2 2 2 2 2 20 1 2 3 2 3 0 2 2 2 1 3 0 2 2 3 0 1 0 1 2 ) 2( 2( ) 2( )1 2 0 對比式(4-11)知上式矩陣中右下角的33方塊即為CR，所以式(4-12) r C R R r Cb該式稱為坐標(biāo)變換的矩陣表示法。所以四元數(shù)乘法表示法和矩陣表示法是等價的。如果參考坐標(biāo)系R是導(dǎo)航坐標(biāo)系n,剛體的固聯(lián)坐標(biāo)系b為機(jī)體坐標(biāo)系換矩陣CR就是姿態(tài)矩陣Cn，而由姿態(tài)矩陣可計算出姿態(tài)角[32]。

T T T T T T bb 21 22 31 32 以以Cn為正交矩陣cos cos sin sin sin cos sin sin sin cos sin

= cos sin cos cos sinsin cos cos sin sin sin sin cos cos sin cos

T T T T T T

b (

b ( C 13 23 arcsin( )arcsin( )arctan( TTTT(4-18)arctan( arctan( 因此四元數(shù)包含了所有的姿態(tài)信息姿態(tài)解算實際上是如何計算四元數(shù)下面來介紹如何計算四元數(shù)：

(1)初始化四元數(shù)假設(shè)當(dāng)前的坐標(biāo)系為地理坐標(biāo)系，則四元數(shù)列向量

[, 1, , ],,,0]qqq q q q T (2)從傳感器獲取載體加速度和角速度

從MPU6050讀取三軸加速度計的測量值即加速度accx、accy、accz測量值即角速度x，y，z。

(3)將加速度計得出來三個軸的加速度值accx、accy、accz轉(zhuǎn)化為三維的單位向量得到：

acc acc acc2 2 acc acc accx y acc acc acc2 2 acc acc accy y acc acc 2 2 acc acc (4-19)y y y y (4)將地理坐標(biāo)系的重力向量轉(zhuǎn)換到機(jī)體坐標(biāo)系可得三軸的重力量vx，vy，vz v

2 2 2 20 1 2 3 1 2 0 3 1 3 0 2q q q q q qq q q q q qq q qqq qq q q q q qq qq qq qq qq q q q q qq

qq qq q q2( ) 2( 2( ) 2( 2( ) 2( )2( )21 2 0 3 0 1 2 3 2 3 0 1

2 2 2 1 3 0 2 2 3 0 1 0 1 2 1 3 1 3 0 ( ( 2 3 0 2 3 0 2 2 2 0 1 2 (5)度向量外積，得到兩坐標(biāo)系的誤差[33]：

e a v av a

e a v av a

e a v av a y y y z x x

z z z y y y z x x z z z x y y (6)陀螺儀誤差是導(dǎo)致機(jī)體坐標(biāo)系誤差的根本原因，因此用兩坐標(biāo)系誤差的PI陀螺儀使得機(jī)體坐標(biāo)系更加準(zhǔn)確。

e kp e ki e x x x (4-22)

y y y z z z 其：k和k是調(diào)整參數(shù)在實際調(diào)試中確定其中k可以等于0，k可以以為初始值，0.01步進(jìn)調(diào)節(jié)。(7)四元數(shù)姿態(tài)更新方程[34]。四元數(shù)微分方程為：=Q=Q其中Q01ibq2b3kb，xibybzk將上式寫成矩陣形式

01 0

2 x y 0 q q q q q q q x z 1 y z 2 y z 2 z y 3 對四元數(shù)一階微分方程進(jìn)行一階畢卡算法可得： q q q q ( 0 0 1 int 2 yint 3 q q q q ( q q q q ( 1 1 0 int 2 int 3 x z (4-24) q q q q ( 2 2 0 int 1 int 3 y z q q q q q ( 3 3 0 int 1 int 2 z y (4-25)(8)對四元數(shù)進(jìn)行規(guī)范化處理，于是得下式4-21：

0 2 2 2 0 1 2 q q q q q q q1 2 2 2 0 1 2

q 1 2 2 2 0 1 2 q q q q 2 2 2 2 0 1 2 2 2 2 2 0 1 2 q q q q3 2 2 2 0 1 2 q q q

q q q (9)舊的四元數(shù)更新為新四元數(shù)，作為下一次四元數(shù)運(yùn)算的初始數(shù)，再從(1)的四元數(shù)運(yùn)算[35]。與此同時將新的四元數(shù)更新規(guī)范化后轉(zhuǎn)化成三個歐拉角得下式(4-22)，完成了姿態(tài)的初步運(yùn)算[36]： arcsin(2( ))arcsin(2( ))2( arctan( )2( arctan( qq qq

q qqq q q qq qq

q q q 2 3 0 1 3 0 1 3 0 2 2 2 0 1 2 1 2 0 1 2 0 2 2 2 0 1 2 (4-27)

4.6校準(zhǔn)載體航向角通過三軸數(shù)字電子羅盤可以校準(zhǔn)陀螺儀積分獲得的航偏角以消除累計誤差如果電子設(shè)備干擾強(qiáng)烈的情況下需要暫停數(shù)字羅盤的數(shù)據(jù)融合[37]因為這樣測到的數(shù)據(jù)誤差非常的大。對地磁傳感器常用的校準(zhǔn)方法之一是平面校準(zhǔn)法[38]對其進(jìn)行初始化然后進(jìn)行磁場校準(zhǔn)心位置((ax i,(yax yi2[39]。這是對水平的平面的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)前后對比如圖4.4所示。圖4.4xy平面校準(zhǔn)前后對比

同理需要對豎直平面進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)前后的對比圖，如圖4.5圖4.5xz平面校準(zhǔn)前后對比當(dāng)載體靜止時，設(shè)地球磁場強(qiáng)H在載體坐標(biāo)b系各個軸的分量Hb Hb Hb HbT在導(dǎo)航坐標(biāo)系系各軸的分量R HR HR HRT根據(jù)R CHb可得：

R x R y R z zH H H cos sin sin cos 0 cos sinsin sin cos cos cos

將4-2式求得的、代入上式即可求出HR和HR航向角可由式4-24得出：yxyx

55.15.1.1姿態(tài)參考系統(tǒng)軟件設(shè)計

姿態(tài)參考系統(tǒng)的軟件部分主要是對MEM傳感器數(shù)據(jù)和三軸數(shù)字電子羅盤傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和數(shù)據(jù)融合，圖5.1給出了姿態(tài)參考系統(tǒng)的軟件流程圖。系初始化初化IC接口初化S傳感器初化數(shù)電子羅盤讀傳感I是否確？Y配S傳器參數(shù)配地磁感器參數(shù)讀加速數(shù)據(jù)讀陀螺數(shù)據(jù)讀地磁感器數(shù)據(jù)低濾o平均濾波卡曼濾波去值濾波四數(shù)姿結(jié)算姿結(jié)算互濾波輸姿態(tài)角圖5.1

通過軟件流程圖可以清楚地看到系統(tǒng)首先完成MCU內(nèi)部初始化的工作置STM32使用到的外設(shè)包括時鐘系統(tǒng)NVI中斷控制器USART串口通信接口、定時包括以下4個部(1)初始化硬(2)MEMS慣性測量單元的數(shù)據(jù)采集模(3)傳感器數(shù)據(jù)融合的姿態(tài)解算模塊；(4)姿態(tài)信息輸出模塊。首先開啟定時器中斷，在2.5m的計時中斷實現(xiàn)通過I2接口讀取MEM器和三軸數(shù)字電子羅盤的測量數(shù)據(jù)根據(jù)傳感器的特點進(jìn)行濾波后所得到的校正數(shù)據(jù)對讀取的數(shù)據(jù)作校正校正完后轉(zhuǎn)換成實際的物理量權(quán)平均減小誤差然后進(jìn)行四元數(shù)姿態(tài)解算和地磁數(shù)據(jù)校準(zhǔn)姿態(tài)角信息。5.1.2PID控制算法設(shè)計

根據(jù)四旋翼飛行器的工作原理知因為其結(jié)構(gòu)對稱所以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速差能夠?qū)崿F(xiàn)對飛行器的姿態(tài)控制而飛行器的位置控制要靠電機(jī)的總升力和飛行器姿態(tài)改變的[40]由于飛行器姿態(tài)會直接影響到飛行器的位置，認(rèn)為飛行器姿態(tài)控制器為內(nèi)環(huán)控制器，位置控制器為外環(huán)控制器這種數(shù)字式PID控制有位置式PID控制算法和增量式PID控制算法兩種形式，這里采用的是增量式PID算法[41]，其表達(dá)式為：

uk kP ek kI ek kD ek e

uk uk uk( ) ( ) ( )其中，kP為比例系數(shù)，kI為積分系數(shù)，kD微分系數(shù)。u(k是第算的PID輸出值，e(k是第次采樣時刻控制器輸入的偏差。

e(ke(ke(，e(e(e(2)四旋翼飛行器的姿態(tài)可分為俯仰角橫滾角和偏航角

個二階系統(tǒng)[42]。對每個姿態(tài)角都進(jìn)行PID控制，這樣就可以將復(fù)雜的非線性多變量

輸入多變量輸出控制問題化簡為兩變量輸入單變量輸出的問題[43]。如式5-2所示。 P P (5-2)

這里、2、3、4代表的是控制四個電機(jī)所需要的PW值，h行器停留在空中需要的PW值，可以由遙控器輸入或者自動高度修正，、、分別表示的是俯仰角偏差、橫滾角偏差和航向角偏差、及其變化率所需的PWM值，把PW限制在一定的范圍之內(nèi)。

、、采用串級PID控制回路三個角度的控制規(guī)律是一致的以俯仰角的控制為例如圖5.2所示中r為控制飛行器的期望俯仰角，和分別表示飛行器俯仰角角度和俯仰角角速度。1是外環(huán)PID的輸出值，out是內(nèi)環(huán)PID控制器的輸出值，且out 。期望的歐拉角r + r + -角度PD控制角速度PD控制電機(jī)四旋翼飛行器姿態(tài)圖5.2串級PID控制圖首先需要求出四旋翼飛行器姿態(tài)誤差信號也就是期望值的姿態(tài)角與當(dāng)前獲取到的姿態(tài)角的差值然后通過串級PID控制算法求得各個電機(jī)的調(diào)整量遞給四個旋轉(zhuǎn)電機(jī)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制整個系統(tǒng)的姿態(tài)最小，形成雙級閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。

通過本次畢業(yè)設(shè)計我從中學(xué)到了很多實際應(yīng)用的知識理，也學(xué)到了很多算法，能夠真正把理論結(jié)合到實踐當(dāng)中去，獲益良遇到了許許多多的問題在老師和學(xué)長的幫助下都一個一個的解決了真正學(xué)習(xí)和進(jìn)步的過程四旋翼飛行器因其結(jié)構(gòu)簡單控制方便體力學(xué)等結(jié)構(gòu)而非常受歡迎。本次設(shè)計主要做了如下的工作：(1)了解了四旋翼飛行器的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀；

(2)詳細(xì)介紹了四旋翼飛行器的飛行原理、動作原理和姿態(tài)控制原理等；

(3)完成了姿態(tài)測量系統(tǒng)的選型工作并且基于這些傳感器設(shè)計了電路原理圖并且做出了電路板搭建了硬件平臺對飛行器的機(jī)架電機(jī)電子調(diào)速器螺旋槳電源等硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行了配型和搭建；(4)通過閱讀大量的文獻(xiàn)資料完成了對四旋翼飛行器姿態(tài)算法的研究工作，從坐陀螺儀數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)的特點分別給出了合適的濾波算法在數(shù)據(jù)融合方面對地磁數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)解算得出航向角，然后對四元數(shù)得到的航向角進(jìn)行校正；(5)使用串級PID控制算法一定程度上使得控制效果更好，對定高控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡要的介紹說明，完成了對四旋翼飛行器的參數(shù)調(diào)試和整定工作。雖然在飛行器試飛過程中能夠很好地實現(xiàn)飛行功能但是仍有一些不足之處需要改善，主要有以下幾個方面