[发明专利]一种四旋翼农用遥控飞行器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种四旋翼农用遥控飞行器及其控制方法。其中，所述控制方法包括：通过惯性测量单元获取所述四旋翼农用遥控飞行器的三个维度的姿态角以及位移量，作为双环控制器的输入量；使用位置控制环和姿态控制环的双环控制器进行控制；其中，四旋翼农用遥控飞行器的位置控制作为外环，其姿态控制作为外环；基于所述位置控制环的运算输出量，通过解耦合计算获得姿态角作为姿态控制环的输入量；每个控制环中使用经典PID控制算法进行控制。在动力学飞行分析等基础上，提出了基于多传感器融合的姿态控制方法，实现对于四轴飞行器的姿态控制。这一四旋翼农用遥控飞行器，具有较强的实用价值，能够很好的减少劳动强度。

主权项

1.一种四旋翼农用遥控飞行器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：通过惯性测量单元获取所述四旋翼农用遥控飞行器的三个维度的姿态角以及位移量，作为双环控制器的输入量；使用位置控制环和姿态控制环的双环控制器进行控制；其中，四旋翼农用遥控飞行器的位置控制作为外环，其姿态控制作为内环 ；基于所述位置控制环的运算输出量，通过解耦合计算获得姿态角作为姿态控制环的输入量；每个控制环中使用经典PID控制算法进行控制；所述惯性测量单元由三个单轴电子式陀螺仪传感器和一个三轴重力加速度传感器组成；其中，所述基于所述位置控制环的运算输出量，通过解耦合计算获得姿态角作为姿态控制环的输入量，每个控制环中使用经典PID控制算法进行控制；具体步骤如下：假设整个飞行控制器的输入为四元组(x,y,z,ψ)，控制器的输出为四元组(u₁,u₂,u₃,u₄)，分别与四旋翼电机对应；关于位置控制：位置控制的控制量包括(x，y，z)三个位移变量，设计三个独立的PID控制器进行三个通道的位置控制，三个通道的控制器对应的输出分别为则有如下算式：进一步的，得算式(2)反映了姿态与位置之间的耦合关系，通过耦合解算得到u₁，θ，φ，其中，θ，φ与输入四元组中的ψ作为姿态控制环的输入；关于姿态控制：姿态控制被控量为三轴姿态角度θ，φ，ψ，则分别设计三个独立的PID控制器，其控制器输出分别有如下算式：进一步的，由算式(3)可得：调整PID控制器的参数，使其包含I_θ，I_ψ项，则姿态控制回路的最终输出为u₂，u₃，u₄；上述控制器的最终输出u对应的是期望的旋翼升力关系，进一步的通过旋翼升力求得对应旋翼的转速，实现对相应电机的控制；由如下算式：进一步的，求解得：通过算式(6)获得四轴飞行器的各旋翼期望转速，即对应每个电机的期望转速；由微控制器将此期望转速转化为对应的无刷直流电机电子调速器的转速信号，电子调速器将此信号转化为电机的转速从而完成整个控制回路。