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 Iθ,Iψ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。
2.根据权利要求1所述的四旋翼农用遥控飞行器的控制方法,其特征在于,所述方法还包括:通过所述单轴电子式陀螺仪传感器获取每一个维度方向上的角速度信息;
对所述角速度信息进行积分获得每个采样间隔中,维度方向上转过的角度;
使用旋转矩阵与上一姿态角计算获得下一姿态角。
3.根据权利要求1所述的四旋翼农用遥控飞行器的控制方法,其特征在于,当所述四旋翼农用遥控飞行器低速飞行或者处于静态时,单独使用所述三轴重力加速度传感器获取三个维度方向上的加速度信息;
对所述加速度信息进行规格化处理后,进行反三角变换获得姿态角。
4.根据权利要求1所述的四旋翼农用遥控飞行器的控制方法,其特征在于,所述方法还包括:使用加权平均的方法对单轴电子式陀螺仪传感器及三轴重力加速度传感器获取的数据进行数据融合;
其中,在加权平均前,对单轴电子式陀螺仪传感器获取的数据进行低通滤波;对三轴重力加速度传感器获取的数据进行高通滤波。
5.一种四旋翼农用遥控飞行器,包括呈十字形交叉设置的四根主轴,每一主轴端点分别设置有旋翼;驱动旋翼旋转的调速电机以及提供能量的电池组;
四个旋翼位于同一水平面,机身平台设置于所述主轴交叉处,其特征在于,所述四旋翼农用遥控飞行器还包括惯性测量单元以及微控制器;
所述微控制器应用如权利要求1-4任一所述的控制方法控制所述四旋翼农用遥控飞行器。
6.根据权利要求5所述的四旋翼农用遥控飞行器,其特征在于,所述四旋翼农用遥控飞行器还包括一无线通信模块,接收用户遥控控制指令。
7.根据权利要求5所述的四旋翼农用遥控飞行器,其特征在于,所述主轴采用3K碳纤维材料制成。
8.根据权利要求5所述的四旋翼农用遥控飞行器,其特征在于,所述四旋翼农用遥控飞行器还包括设置于机身平台下的搭载平台;
所述搭载平台包括:用于存储农药的药箱,与所述药箱连接的喷射部件,提供预定压力的活塞泵以及提供固定位的机架;所述药箱、活塞泵和喷射部件依次连接,均固定在所述机架上。