论文部分内容阅读
由于以往所搭载的陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、GPS为测量单元的四旋翼飞行器,已无法获得更为准确的位姿信息,以致其在大地坐标系的水平与垂直方向上产生过大的空间漂移,因而不能应用于如低空(6m以下)轨迹规划与室内飞行等悬停要求较高的领域。为了使四旋翼飞行器适用以上领域,本文展开了对抑制其空间漂移的研究。为有效抑制四旋翼飞行器的空间漂移,文章先优化高度PID控制,采用改进的卡尔曼滤波算法融合气压计与超声波传感器的测量值,从而获得更为准确的高度信息,将此引入到高度PID控制的反馈环,得到抑制其垂直漂移的算法;然后优化双环PID姿态控制,通过改进的PryLK光流算法结合光流模块以获取准确的机身水平速度,并将其引入至双环PID姿态控制的内环中,以加快内环的调节时间,得到抑制其水平漂移算法。最后通过FreeRTOS操作系统将优化的高度PID控制算法与优化的双环PID姿态控制算法作以整合,得到抑制四旋翼飞行器的空间漂移算法。通过对抑制四旋翼飞行器垂直漂移算法、抑制四旋翼飞行器水平漂移算法及综合两算法的仿真与试验的结果可以得出:1)未经优化的高度PID控制会在机身垂直方向上产生约0.89m的漂移,而未经优化的双环PID控制的机身水平速度约在﹣0.28m/s至0.20m/s的范围变化,其水平漂移程度较大;2)经由改进的卡尔曼滤波算法优化的高度PID控制,比原卡尔曼滤波算法所优化的高度PID控制,进一步降低了四旋翼飞行器的垂直漂移,且提高了算法的收敛速率。3)经改进的PryLK光流算法优化的双环PID姿态控制,比原PryLK光流算法优化的双环PID姿态控制,进一步降低了四旋翼飞行器的水平漂移,且减小了算法计算所耗费的时间。4)虽然抑制四旋翼飞行器的空间漂移算法较单独采用抑制其垂直漂移算法或抑制其水平漂移算法在其垂直或水平方向上的漂移程度略高,但将其垂直漂移缩至约0.5m,水平速度变化范围降达﹣0.12m/s至0.11m/s,已对四旋翼飞行器的空间漂移得到较好抑制。