2017年第36卷第7期
传感器与微系统（TransducerandMicrosystemTechnologies）
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DOI:10. 13873/J.10009787(2017)07007904
四旋翼飞机姿态检测方法设计与实现
姜香菊，曾幼涵'，刘二林？
（1.兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州730070；
2.兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州730070）
摘要：为了解决四旋翼飞机的姿态检测间题，设计了基于MPU6050和HCM5883L的九轴传感器，并提出了基于正弦算法的四策翼飞机姿态角计算方法，该方法不需要判断即可由检测值直接获取角度大小及正负，较方向余弦算法具有更好的实用性。针对陀螺仪和加速度计的优缺点，设计了互补数据融合算法。仿真及实践均证明了检测方案的有效性。
关键词：四旋翼飞机：姿态检测；MPU6050；互补算法
中图分类号：TP274
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2017)07-0079-04
Designandrealizationofquad-rotorairplane
attitude detection method* JIANG Xiang-ju', ZENG You-han', LIU Er-lin2
(1. School of Automatic & Electrical Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China;
2. School of Mechatronic Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730e70,China)
Abstract; In order to solve the problem of quad-rotor airplane attitude detection,a nine-axis sensor are designed ss o pees poaoeaea aae apeg ees es o pase algorithm are proposed. The calculation method based on sine is better than based on cosine, It ean gain angle and positive or negative, According to advantages and disadvantages of gyroscope and accelerometer,a complementary
data fusion algorithm is designed. The validity of the scheme is proved by the simulation and practice. Key words: quad-rotor airplane; attitude detection; MPU6050; conplementary algorithm
阜50
四旋翼飞机是一种由4个螺旋桨对称安装面构成的飞行器。该飞行器主要有两种结构，一种为”+“字结构，一种为"X"结构。从Breguet-Richet发明世界上第-架四旋翼飞机至今，四赣翼飞机已经发展了一个多世纪。四旋翼飞机机械结构相对简单，可以通过对4个螺旋浆的控制来控制飞机的飞行姿态，因此四旋翼飞机可用于搜救、航拍，侦查以及军事对抗等各种场合[-3]。四旋翼飞行器的姿态检测是飞行器控制的核心工作之一，很多研究人员都对该问题进行过深人的探讨(4)。于雅丽等人利用MMA7260和 ENC-03M等对四旋翼飞机进行姿态检测(")。汪绍华等人阐述了利用卡尔曼滤波算法解决四旋翼飞机的姿态检测问题的具体方案")。
本文从实际应用的角度出发，通过惯性坐标系和机体坐标系详细说明了所需检测的飞机姿态参数，利用正弦算法对数据进行处理；同时使用MPU6050和HMC5883进行
了硬件电路设计，并对数据处理算法进行了分析说明。最后通过仿真及实际应用证明了所采用方法的正确性。
四放翼飞机姿态检测参数分析 1
四旋翼飞机由检测装置，主控装置，电机驱动装置以及螺旋桨构成。本文中以“+"型四旋翼飞机为例进行说明。在进行控制理论研究时，一般要建立惯性坐标系和四旋翼飞机机体坐标系。如图1所示，坐标系0XYZ为惯性垒标系。OXYZ坐标系中，0为地面空间的任意一点，X轴平运行于水平面，方向指向北方；Y轴平行于水平面，方向指向东方；Z轴垂直于OXY平面，方向与重力方向相反。垒标系oxyz为机体垒标系，轴垂直于飞机的旋翼平面且通过四旋翼飞机的重心，轴与轴则分别平行于两个对称的螺旋的旋转中心。可以用=（s，y,z）eR表示飞机质心的位置失量。可以用欧拉角=（，6,Φ）eR表示四旋翼飞机的飞行姿态。
收稿日期：2016-07-04
+基金项目：甘肃省高等学校科研项目(20144-041）：校青年基金资助项目（2014034）