一種無人機飛行控制及定位方法技術

本發明專利技術提供了一種無人機飛行控制及定位方法，包括：一種無人機的基于互補濾波的姿態解算法，用于根據傳感器的數據求解出無人機的空中姿態；姿態控制算法，用于根據當前的姿態和期望的姿態的偏差，對無人機進行控制直到當前的姿態達到期望的姿態；一種無人機的基于慣性導航位置估算的控制方法，用于根據位置和速度信息對無人機進行控制；一種無人機的基于高度估算法的控制方法，用于根據高度信息對無人機進行控制。本發明專利技術提供的一種無人機飛行控制及定位方法可以解決目前無人機的姿態、位置、速度、高度的控制速度、控制精度不夠高的問題，提高了無人機的性能和安全性。

Unmanned aerial vehicle flight control and positioning method

The present invention provides a kind of UAV flight control and positioning method, including: a UAV attitude based on the complementary filtering solution algorithm, for solving the sensor according to the data of UAV flight attitude; attitude control algorithm, according to the current attitude and expectations of the deviation of attitude control, until the current attitude the desired attitude of the UAV; a control method for estimation of inertial navigation based on the location of the UAV, according to control of the UAV position and speed information; a control method of height estimation method based on UAV, according to the control of UAV height information. The invention provides a kind of UAV flight control and positioning method can solve the UAV attitude, position, speed, high control speed, control precision is not high enough, improving the performance and safety of uav.

【技術實現步驟摘要】
一種無人機飛行控制及定位方法
本專利技術涉及無人機
，特別涉及一種無人機飛行控制及定位方法。
技術介紹
無人機全稱為無人駕駛飛機，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。多旋翼無人機屬于新興技術、高新前沿科技產業。隨著科技的發展，無人機除用于軍事用途外，在民用領域的應用范圍也越來越廣闊。由于無人機具有運行成本低、無傷亡風險、機動性能好、可進行超視距飛行、使用方便高效等特點，目前已被成功應用于影視航拍、測繪航測、高壓線巡查、遠程監控、救災救援、農藥噴灑、商業表演等領域，越來越多的行業正希望用無人機取代傳統的人工作業方式。無人機上的飛行控制系統，用以控制無人機的飛行，是無人機技術的核心，控制系統的優劣直接影響無人機的性能甚至安全性，而對無人機的姿態、位置、速度、高度等信息的準確獲取和控制則是一個優秀的無人機控制系統的基礎。如何提高無人機的姿態、位置、速度、高度的控制速度、控制精度是當前需要解決的問題。
技術實現思路
本專利技術提供了一種無人機飛行控制及定位方法，用以解決目前無人機的姿態、位置、速度、高度的控制速度、控制精度不夠高的問題，提高無人機的性能和安全性。本專利技術提供的一種無人機飛行控制及定位方法，包括：一種無人機的基于互補濾波的姿態解算法，用于根據傳感器(陀螺儀、加速度計、羅盤等)的數據求解出無人機的空中姿態；姿態控制算法，用于根據當前的姿態和期望的姿態的偏差，對無人機進行控制直到當前的姿態達到期望的姿態；一種無人機的基于慣性導航位置估算的控制方法，用于根據位置和速度信息對無人機進行控制；一種無人機的基于高度估算法的控制方法，用于根據高度信息對無人機進行控制。優選的，所述一種無人機的基于互補濾波的姿態解算法，包括：對傳感器進行校準，包括：通過橢球校準、溫度校準、當地磁偏角校準等方法對加速度計、陀螺儀、三軸磁力計進行校準；由主控制器根據當前傳感器的數據用基于互補濾波的姿態解算法計算得到當前的機體四元數；由主控制器根據收到的控制信息計算出期望的機體四元數；由主控制器根據當前的機體四元數和期望的機體四元數以及GPS定位期望四元數通過誤差四元數PID控制環向微控制器發送電機調速指令。優選的，所述由主控制器根據當前傳感器的數據用基于互補濾波的姿態解算法計算得到當前的機體四元數，包括：由主控制器用加速度計和磁力計的數據校準陀螺儀的漂移，所用方法根據第一公式為對陀螺儀的數據進行補償，所述第一公式為：ΔGyro＝KP·(W×Mag+V×Acc)+∑KI·(W×Mag+V×Acc)·dt其中，其中，ΔGyro為對陀螺儀讀數進行補償的數據；KP為控制系統的比例系數；Mag為磁力計讀數向量；Acc為加速度計讀數向量；KI為控制系統的積分系數；dt為控制系統的控制周期；g為當地的重力加速度常數；為表示地面坐標系到機體坐標系的四元數坐標旋轉矩陣；為機體坐標系到地面坐標系的四元數坐標旋轉矩陣；V、W、H為中間變量。優選的，所述一種無人機的基于慣性導航位置估算的控制方法，包括：由主控制器根據GPS模塊輸出的位置數據計算出當前的經緯度和NED速度信息；由主控制器根據遙控輸入信息計算出期望的速度信息和期望的位置信息；由主控制器根據當前的速度信息和位置信息以及期望的速度信息和期望的位置信息進行加減速控制。優選的，所述由主控制器根據GPS模塊輸出的位置數據計算出當前的經緯度和NED速度信息，包括：由主控制器通過第二迭代算法計算出當前的位置、速度和加速度數據，所述第二迭代算法為，通過以下算法利用上一時間點的數據迭代得到當前時間點的數據：VelAccCorr＝EFAcc+AccCorrGPS+AccCorrGPSV+∑AccCorrGPSVVelRateCorr＝∑(VelAccCorr·dt+VelCorrGPS+VelCorrGPSV)VelAccCorr2＝EFAcc+AccCorr2GPSV+∑AccCorrGPSVVelRateCorr2＝∑(VelAccCorr2·dt+VelCorr2GPSV)其中，AccCorrGPS、VelCorrGPS、PosCorrGPS分別為通過GPS得到的位置數據對加速度、速度和位置的修正量；AccCorrGPSV、VelCorrGPSV分別為通過GPS得到的速度數據對加速度、速度的第一修正量；AccCorr2GPSV、VelCorr2GPSV分別為通過GPS得到的速度數據對加速度、速度的第二修正量；VelAccCorr、VelRateCorr分別為通過第一修正量修正后得到的加速度和速度數據；PosEst為計算出的當前的位置數據；VelAccCorr2、VelRateCorr2分別為通過第二修正量修正后得到的加速度和速度數據；PosGPS為GPS得到的位置數據；TimeConstGPS、TimeConstGPSV和TimeConstGPSV2為預先設定的常數；VelGPSdata為通過GPS得到的速度數據；EFAcc為通過加速度計得到的加速度數據；dt為控制系統的控制周期。優選的，所述由主控制器根據當前的速度信息和位置信息以及期望的速度信息和期望的位置信息進行加減速控制，包括：由主控制器根據當前的位置信息以及期望的位置信息得出速度控制信息；由主控制器根據當前的速度信息以及期望的速度信息得出加速度控制信息；由主控制器根據速度控制信息和加速度控制信息得出旋轉四元數；由主控制器根據得出旋轉四元數將飛行控制參數發送給動力裝置進行加減速控制。優選的，所述由主控制器根據速度控制信息和加速度控制信息得出旋轉四元數，包括：所述四元數為通過對第三公式進行歸一化處理后得到，所述第三公式為：其中，AccTarX＝AccdesirdX+velLoopBrakeAcc×(veltargetX-vellastX)-RateKP×VdiffX-RateKI×VintegrXAccTarY＝AccdesirdY+velLoopBrakeAcc×(veltargetY-vellastY)-RateKP×VdiffY-RateKI×VintegrY其中，qw、qx、qy、qz為未歸一化處理的四元數；AccTarX和AccTarY為向北和向東的期望加速度；AccdesirdX和AccdesirdY為向北和向東的期望加速度；velLoopBrakeAcc為剎車時存在的一個線性變化的數值，不剎車時為0；veltargetX和veltargetY為向北和向東的期望速度；vellastX和vellastY為上一控制周期結束時的向北和向東的速度；RateKP為控制系統的速度比例系數；RateKI為控制系統的速度積分系數；VdiffX為VdiffY為向北和向東方向的期望速度與當前速度的差值；VintegrX和VintegrY為向北和向東方向的速度的積分數值。優選的，所述一種無人機的基于高度估算法的控制方法，包括：由氣壓計模塊得到地面氣壓值和當前氣壓值；由慣性測量模塊得到由地面起飛到當前狀態的加速度數據；由GPS模塊得到GPS經緯度信息和NED速度信息；由主控制器根據地面氣壓值和當前氣壓值、由地面起飛到當前狀態的加速度數據、GPS經緯度信息和NED速度信息根據高度估算法估算當前的高度信息；由主控制器根據遙控輸入信息和當前的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無人機飛行控制及定位方法，其特征在于，包括：一種無人機的基于互補濾波的姿態解算法，用于根據傳感器的數據求解出無人機的空中姿態；姿態控制算法，用于根據當前的姿態和期望的姿態的偏差，對無人機進行控制直到當前的姿態達到期望的姿態；一種無人機的基于慣性導航位置估算的控制方法，用于根據位置和速度信息對無人機進行控制；一種無人機的基于高度估算法的控制方法，用于根據高度信息對無人機進行控制。

【技術特征摘要】
1.一種無人機飛行控制及定位方法，其特征在于，包括：一種無人機的基于互補濾波的姿態解算法，用于根據傳感器的數據求解出無人機的空中姿態；姿態控制算法，用于根據當前的姿態和期望的姿態的偏差，對無人機進行控制直到當前的姿態達到期望的姿態；一種無人機的基于慣性導航位置估算的控制方法，用于根據位置和速度信息對無人機進行控制；一種無人機的基于高度估算法的控制方法，用于根據高度信息對無人機進行控制。2.如權利要求1所述的方法，所述一種無人機的基于互補濾波的姿態解算法，其特征在于，包括：對傳感器進行校準，包括：通過橢球校準、溫度校準、當地磁偏角校準等方法對加速度計、陀螺儀、三軸磁力計進行校準；由主控制器根據當前傳感器的數據用基于互補濾波的姿態解算法計算得到當前的機體四元數；由主控制器根據收到的控制信息計算出期望的機體四元數；由主控制器根據當前的機體四元數和期望的機體四元數以及GPS定位期望四元數通過誤差四元數PID控制環向微控制器發送電機調速指令。3.如權利要求2所述的方法，所述由主控制器根據當前傳感器的數據用基于互補濾波的姿態解算法計算得到當前的機體四元數，其特征在于，包括：由主控制器用加速度計和磁力計的數據校準陀螺儀的漂移，所用方法根據第一公式為對陀螺儀的數據進行補償，所述第一公式為：ΔGyro＝KP·(W×Mag+V×Acc)+∑KI·(W×Mag+V×Acc)·dt其中，其中，ΔGyro為對陀螺儀讀數進行補償的數據；KP為控制系統的比例系數；Mag為磁力計讀數向量；Acc為加速度計讀數向量；KI為控制系統的積分系數；dt為控制系統的控制周期；g為當地的重力加速度常數；為表示地面坐標系到機體坐標系的四元數坐標旋轉矩陣；為機體坐標系到地面坐標系的四元數坐標旋轉矩陣；V、W、H為中間變量。4.如權利要求1所述的方法，所述一種無人機的基于慣性導航位置估算的控制方法，其特征在于，包括：由主控制器根據GPS模塊輸出的位置數據計算出當前的經緯度和NED速度信息；由主控制器根據遙控輸入信息計算出期望的速度信息和期望的位置信息；由主控制器根據當前的速度信息和位置信息以及期望的速度信息和期望的位置信息進行加減速控制。5.如權利要求4所述的方法，所述由主控制器根據GPS模塊輸出的位置數據計算出當前的經緯度和NED速度信息，其特征在于，包括：由主控制器通過第二迭代算法計算出當前的位置、速度和加速度數據，所述第二迭代算法為，通過以下算法利用上一時間點的數據迭代得到當前時間點的數據：VelAccCorr＝EFAcc+AccCorrGPS+AccCorrGPSV+∑AccCorrGPSVVelRateCorr＝∑(VelAccCorr·dt+VelCorrGPS+VelCorrGPSV)VelAccCorr2＝EFAcc+AccCorr2GPSV+∑AccCorrGPSVVelRateCorr2＝∑(VelAccCorr2·dt+VelCorr2GPSV)其中，AccCorrGPS、VelCorrGPS、PosCorrGPS分別為通過GPS得到的位置數據對加速度、速度和位置的修正量；AccCorrGPSV、VelCorrGPSV分別為通過GPS得到的速度數據對加速度、速度的第一修正量；AccCorr2GPSV、VelCorr2GPSV分別為通過GPS得到的速度數據對加速度、速度的第二修正量；VelAccCorr、VelRa...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張楊，葉建陽，
申請(專利權)人：杭州谷航科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33