理 不如PID控制策略。
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串级PID控制器的原理及优点
串级控制系统的典型结构图如图1所
示，系统中有两个PID控制器称为副调
节器传递函数，包围的内环成为副回
控 制 原 理
路。称为主调节器传递函数，包围的 外环称为主回路。主调节器的输出量 作为副回路的给定量。相对单环PID其 优点是将干扰加到副回路中，由副回 路控制对其进行抑制。副回路中参数
平姿态等各种导航信息。
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1、欧拉角法
飞
行
姿
态
的
表
示
cos cos cos sin sin sin cos cos sin cos sin sin
方 R sin cos
sin sin sin cos cos
sin
sin
cos
sin
cos
法 sin
cos sin
cos cos
求婚
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动 力 原 理
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垂直运动
俯仰、翻滚运动
偏航运动
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捷联式惯性导航
姿
态
捷联式惯性导航系统是把惯性元件,即
检 陀螺仪和加速度计固定在运机体上, 分别测
测 量运机体相对惯性空间的三个转动角速度和
原 三个线加速度沿运机体坐标系的分量,经过
理 计算,得到运机体的位置、速度、航向和水
整合性6轴运动处理组件；
MPU-6050 整合了 3 轴角速度和 3
姿
轴加速度传感器， 免除了组合陀螺仪与 加速计时存在的轴差问题，减少了大量
态
的包装空间。
传
其具备较低功耗：陀螺仪工作电流 5mA，待机电流仅 5uA；加速计工作电
感
流 500uA，在 10Hz 低功耗模式下仅
器 模
40uA。 陀螺仪和加速计都具备 16 位 ADC
同步，接口采用可高达 400kHz 的快速
块
模式 IIC。 具备较小的 4mm*4mm 的 QFN 封
装，减少占据面积；
根据各传感器不同的特点有不同的融合算法得到欧拉角。 如互补滤波、卡尔曼滤波。
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国际相关研究都着重进行了姿态
控制器的设计与验证，结果表明：尽
控 制 原
管采用非线性控制律能够获得很好的 仿真效果，但由于对模型准确性有很 强的依赖，以及受到嵌入式平台的处 理能力的限制，其实际控制效果反而
的变化，由副回路给予控制，对被控
对象的影响大为减弱。副回路的惯性
由副回路给予调节，因而提高了整个
系统的响应速度。
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R1(s)
+_
R2(s)
Gc1(s) U2 + -
控 制 原 理
Gc2(s)
D2(s)
+
+
Y2(s)
Y1(s)
G2(s)
G1(s)
PID2 PID1
总 体 结 构 设 计
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1、角速度传感器
姿 态 传 感 器
MEMS陀螺仪原理
t
0 dt 0
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2、加速度传感器
姿 态 传 感 器
arctan( arctan(
ax2
a
2 y
),
arctan(
az
ax )
a
2 y
az2
ay ) ax2 az2
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设计采用 InvenSense 公司生产的
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地面监控计算机 地面监控系统
USB转接模块 无线通信模块
无线通信模块
机载控制系统
I/ O
传 感 I/O 器 模 块
MCU主控制器
驱 PWM 动
单 池
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上 位 机 界 面
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实际选材介绍
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2、四元数法
飞
刚体绕固定点的任一位移，可由绕通过此点
行 的某一轴转过一个角度而得到。 姿 用来表示3D物体的方位及旋转。
态
的
表
示
方
法
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常见的姿态测量器件有角速度计、加速 度计、磁力计、气压计，超声波传感器和 GPS 等等。
基于MEMS技术的加速度传感器和陀螺 仪具有抗冲击能力强、可靠性高、寿命长、 成本低等优点，是适于构建姿态检测系统的 惯性传感器。
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主 讲 人： 指导老师：
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一、研究背景 二、动力原理 三、姿态检测原理 四、控制算法 五、实际选材介绍
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研
固定翼型微飞行器
究
背
景
扑翼型微飞行器
旋翼型微飞行器
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四旋翼飞行器初步讲解 早期的四旋翼飞行器
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随着MEMS技术的发展，四旋翼飞行器得 以小型化、微型化
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输电线路巡查 顺丰无人快递
环境监测 空中航拍
四旋翼飞行器初步讲解 用于建筑物内勘测
四旋翼飞行器初步讲解 多智能体集群协作，空中壁障
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德国crazy开源微型四旋翼
国内某大学微型四旋翼飞行器
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