第30卷第7期 2017年7月
传感技术学报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Vol. 30No. 7 July 2017
AltitudeControl of SixRotorUAVs withVariableLoad LONG Wen2, CHEN Yangl.2,WU Huaiyu.2,CHENG Lei'.2
gl, WANGZhengxi.2
CHEN Pengzheng"
( 1.School of Informartion Science and Engineering, Wuhan /nixersity of Science and Technology, Wwhan 430081 , Chind ; 2. Engineering Research Center far Metallurgical Audomation and Detecting Tecknology of Ministry of Education,
Wahan /nirersity of &cience and Technology, Wuhan 430081, China)
Abstract : Six-rotor UAVs usually require constant altitude flight when applied in plant protection, as we know the UAV altitude could not be tracked by a single airborne micro-sensor and that the altitude-hold would be unstable in the case of loads of the UAVs are changed. Aiming to solve these problems , a novel system based on barometer and accelerometer Kalman filtering fusion is proposed for altitude measuring, and also a controller based on double-closed-loop PID and feedforward controller is designed for altitude-hold. As a result, we obtain the accurate altitude estimation and the stable control of the UAVs. Results of the experiment show thatthe value of altitude and velocity could be more accurate and steady by Kalman filtering. And the altitude-controller has a good performance under the condition of changing load.
Key words : six-rotor UAVs; Variable Load ;feedforward; Kalman filter
EEACC:7230
doi:10.3969/j.issn.10041699.2017.07.026
变载荷下六旋翼无人机高度控制
龙文1,2，陈洋1,2，吴怀宇1,2，程磊1,2，陈鹏震1,2，王正熙1,2
（1.武汉科技大学信息科学与工程学院，武汉430081;2.武汉科技大学教育部冶金自动化与检测技术工程研究中心，武汉430081）摘要：六旋翼无人机应用于植保领域时通常需要定高飞行，单一机载微传感器无法长时间准确的跟踪六旋翼无人机的高度，且当负载发生变化时无人机的高度控制会出现不稳定现象。针对上述间题，本文采用了一种基于气压计和加速度计卡尔曼滤波融合的高度测量系统，并设计了一个双闭环PID控制加前馈控制的高度控制器，最终获得了无人机飞行高度的精确估计与稳定控制。实验结果表明，经过卡尔曼滤波可以得到准确、平稳的高度值和速度值。提出的高度控制器在变载荷情况下也能很好的控制无人机的高度。
关键词：六旋翼无人机；变载荷；前馈控制；卡尔曼滤波
中图分类号：TP242
文献标识码：A
近年来，多旋翼无人机逐渐成为航空领域学者们的研究热点，多旋翼无人机是一种具有垂直起降与空中悬停等特殊飞行能力的多旋翼无人飞行器。在飞行过程中，通过改变旋翼的转速，可以改变各种飞行姿态。正因为多旋翼无人机具有垂直起降、空中定点最停、可以实现六自由度的飞行等独特的飞行能力使其在军事领域和民用领域得到了广泛的应用)，包括军事侦察，农业植保，电力巡检，测绘，航拍等。
无人机在执行某些特定的任务过程中质量有可能会发生变化，如农业植保无人机在工作过程中随着农药的喷酒，质量会不断的减小，但是为了更好的保
文章编号：1004-1699（2017）07-1125-06
证农药的喷酒质量，不发生漏喷重喷现象，必须保证无人机能与作物保持固定的高度。如果高度控制系统不能感知自身质量的变化便会导致高度控制不稳定，响应偏慢等现象。由此可见针对此类六旋翼无人机，设计控制系统过程中考虑到无人机的质量变化显得尤为重要。旋费无人机的高度控制系统设计主要包括两个方面，分别是高度测量系统设计和高度控制器设计。高度估计算法方面目前公开的算法主要有互补滤波}]，卡尔曼滤波[3-3]。文献[2]中采用加速度计与气压计进行互补滤波融合来估计高度，具有送代简单、适合工程实践等优点。文献[3]中采用卡尔
项目来源：国家自然科学基金项目（61573263，61203331）；湖北省科技支撑计划项目（2015BAA018）
收稿日期：2016-11-24
修改日期：2017-03-10