农业机械学报

作者：许景辉,马贺,周建峰,田钰强,韩文霆

单位：西北农林科技大学,西北农林科技大学,密苏里大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,

关键词：倾转三旋翼无人机;垂直起降;串级PID;姿态控制

基金：国家重点研发计划项目(2017YFC0403203)、 中央高校基本科研业务费专项资金项目（2452015050）、陕西水利科技计划项目(2014slkj-18)和西北农林科技大学大学生创新创业训练计划项目(201710712040)

针对一种倾转三旋翼垂直起降（VTOL）飞行器在悬停状态下的姿态控制问题，设计了一种基于STM32系列微控制器的飞行控制系统。采用十轴组合惯性导航模块实时采集载机平台姿态信息，并结合基于四元数的互补滤波算法进行姿态信息解算。针对无人机姿态控制实时性和精度要求高的特点，采用串级PID控制算法对载机进行悬停状态下的姿态控制。实验结果表明：串级PID控制算法在悬停状态下能够对倾转三旋翼垂直起降飞行器进行快速、稳定、准确的姿态控制，并具有一定的鲁棒性。在横滚角的内环采用PD控制（Kp为8.371，Kd为3.015），外环采用PD控制（Kp为5.1，Kd为1.15）；俯仰角的内环采用PD控制（Kp为3.137，Kd为1.6），外环采用PID控制（Kp为3.43，Ki为0.003，Kd为3.97）；偏航角采用PI控制（Kp为9.30，Ki为0.11）时，其悬停状态下具有最优姿态控制效果。研究结果对倾转三旋翼垂直起降飞行器飞行控制的后续研究具有指导作用。

来源：2018年第10期

《农业机械学报》期刊编辑部

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