坐式垂直起降无人机的一种姿态解算算法的设计

刘东辉,奚乐乐,牛孟然,孙晓云，石　楠

(1.河北科技大学电气工程学院， 河北石家庄　050018;2.石家庄铁道大学电气与电子工程学院，河北石家庄　050043)



坐式垂直起降无人机的一种姿态解算算法的设计

刘东辉1,奚乐乐1,牛孟然1,孙晓云2，石楠1

(1.河北科技大学电气工程学院， 河北石家庄050018;2.石家庄铁道大学电气与电子工程学院，河北石家庄050043)

摘要：固定翼模式水平飞行的坐式垂直起降无人机克服了传统固定翼无人机起降条件要求高的缺点，继承了其总体效率高的优点，拥有巨大的发展潜力和非常广阔的应用前景。坐式垂直起降无人机在起降阶段姿态变化范围大，所使用的姿态传感器在俯仰方向的角度变化超过90°时，根据四元数转换出的欧拉角会出现奇异点，即万向节死锁。从解算算法出发，提出了一种更改旋转顺序的方法，避免奇异点出现。结果表明，此方法可以很好地应用在垂直起降无人机的姿态解算上。

关键词：飞行器控制；坐式垂直起降无人机；姿态测量；四元数；欧拉角；万向节死锁

E-mail：liudh@hebust.edu.cn

刘东辉,奚乐乐,牛孟然，等.坐式垂直起降无人机的一种姿态解算算法的设计[J].河北科技大学学报,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，传统固定翼布局无人机的总体效率很高，但其起飞和降落过程对环境要求特别高，限制了其实际应用[1-2]。坐式垂直起降飞机是一种以垂直姿态，“坐”于地面的垂直起降飞行器，由于无人机不必考虑载员的姿势，故而无人机非常适于采用此种垂直起降方式。它既保持高效率的传统固定翼飞机构型，具有固定翼无人机飞行速度快、航程远、反应灵活等特点，又具有直升机的垂直起降功能，降低起飞降落过程对环境的要求。……