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四旋翼飞行器姿态解算与滤波
  • ISSN号:1671-4598
  • 期刊名称:《计算机测量与控制》
  • 时间:0
  • 分类:TP301.6[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:武汉科技大学信息科学与工程学院,武汉430081
  • 相关基金:国家自然基金项目(61203331,61573263);湖北省科技支撑计划项目(2015BAA018).
中文摘要:

四旋翼飞行器的运动控制关键在于对飞行过程中的实时姿态角控制;目前实时姿态角信息还不能直接测量出来;为了能利用已有的传感器数据解算出更准确的姿态角,通过物理实验详细分析了四旋翼飞行器姿态角的解算和滤波算法;首先,通过联立欧拉方向余弦矩阵与四元数矩阵,得到用四元数表达的姿态角表达式;然后,结合加速度计和磁强计实时测量的数据,分别采用互补滤波和卡尔曼滤波两种方法来补偿四元数结果,分别分析如何选取最佳参数,并对比分析了两种滤波方式的优缺点;在一定精度要求范围内,这两种滤波方式都能获得更加准确的姿态角,但是互补滤波相对卡尔曼滤波有一定的解算时延;因此在精度要求一般的系统中,这两种滤波方式都可以用来求解姿态角,卡尔曼滤波方法则更适于对实时性要求更高的系统.

英文摘要:

The key of quadrotor' s motion control is to the control of the attitude angle in real time when flying. The attitude informa tion can not be measured directly at present, in order to get more accurate attitude angle with the existing sensor data, in this article, quadro tor attitude calculation and filtering algorithm are analyzed at large through physical experiments. First, to gain the attitude angle expressed in quaternion by combining the Euler orientation cosine matrix and the Quaternion matrices. Then, to compensate the quaternion by comple- mentary filter and Kalman filter with the data measured by accelerometers and magnetometers, and to analyze separately how to select the best parameters, then to analyze comparatively what the advantages and disadvantages are of these two methods. In a certain range accuracy requirements, both of these two filtering methods can get more accurate attitude angle, but the complementary filter has a certain time delay than Kalman filter. So the two filtering methods can be used for solving attitude angle in those system whose accuracy requirements are low, Kalamn filtering method is more suitable for the demand for higher real--time performance.

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期刊信息
  • 《计算机测量与控制》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国航天科工集团公司
  • 主办单位:中国计算机自动测量与控制技术协会
  • 主编:苟永明
  • 地址:北京海淀区阜成路甲8号中国航天大厦405
  • 邮编:100048
  • 邮箱:ly@chinamca.com
  • 电话:010-68371578 68371556
  • 国际标准刊号:ISSN:1671-4598
  • 国内统一刊号:ISSN:11-4762/TP
  • 邮发代号:82-16
  • 获奖情况:
  • 中国学术期刊综合评价数据库来源期刊,中国科技论文统计源期刊,“国家期刊奖百种重点期刊”
  • 国内外数据库收录:
  • 美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版)
  • 被引量:27924