坐式垂直起降無(wú)人機(jī)的一種姿態(tài)解算算法的設(shè)計(jì)

劉東輝,奚樂(lè)樂(lè),牛孟然,孫曉云，石　楠

(1.河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院， 河北石家莊　050018;2.石家莊鐵道大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北石家莊　050043)

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坐式垂直起降無(wú)人機(jī)的一種姿態(tài)解算算法的設(shè)計(jì)

劉東輝1,奚樂(lè)樂(lè)1,牛孟然1,孫曉云2，石楠1

(1.河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院， 河北石家莊050018;2.石家莊鐵道大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北石家莊050043)

摘要：固定翼模式水平飛行的坐式垂直起降無(wú)人機(jī)克服了傳統(tǒng)固定翼無(wú)人機(jī)起降條件要求高的缺點(diǎn)，繼承了其總體效率高的優(yōu)點(diǎn)，擁有巨大的發(fā)展?jié)摿头浅V闊的應(yīng)用前景。坐式垂直起降無(wú)人機(jī)在起降階段姿態(tài)變化范圍大，所使用的姿態(tài)傳感器在俯仰方向的角度變化超過(guò)90°時(shí)，根據(jù)四元數(shù)轉(zhuǎn)換出的歐拉角會(huì)出現(xiàn)奇異點(diǎn)，即萬(wàn)向節(jié)死鎖。從解算算法出發(fā)，提出了一種更改旋轉(zhuǎn)順序的方法，避免奇異點(diǎn)出現(xiàn)。結(jié)果表明，此方法可以很好地應(yīng)用在垂直起降無(wú)人機(jī)的姿態(tài)解算上。

關(guān)鍵詞：飛行器控制；坐式垂直起降無(wú)人機(jī)；姿態(tài)測(cè)量；四元數(shù)；歐拉角；萬(wàn)向節(jié)死鎖

E-mail：liudh@hebust.edu.cn

劉東輝,奚樂(lè)樂(lè),牛孟然，等.坐式垂直起降無(wú)人機(jī)的一種姿態(tài)解算算法的設(shè)計(jì)[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),2016,37(1):47-51.

LIU Donghui, XI Lele, NIU Mengran,et al.Design of attitude solution algorithm for tail-sitter VTOL UAV[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2016,37(1):47-51.

目前，傳統(tǒng)固定翼布局無(wú)人機(jī)的總體效率很高，但其起飛和降落過(guò)程對(duì)環(huán)境要求特別高，限制了其實(shí)際應(yīng)用[1-2]。坐式垂直起降飛機(jī)是一種以垂直姿態(tài)，“坐”于地面的垂直起降飛行器，由于無(wú)人機(jī)不必考慮載員的姿勢(shì)，故而無(wú)人機(jī)非常適于采用此種垂直起降方式。它既保持高效率的傳統(tǒng)固定翼飛機(jī)構(gòu)型，具有固定翼無(wú)人機(jī)飛行速度快、航程遠(yuǎn)、反應(yīng)靈活等特點(diǎn)，又具有直升機(jī)的垂直起降功能，降低起飛降落過(guò)程對(duì)環(huán)境的要求。……