STM32F4无人机飞行姿态测量

目的

了解飞机姿态的测量，能够对无人机的姿态算法进行验证。

原理

在无人机研制过程中，需要大量的仿真或实验来验证无人机机械结构、控制系统配置、姿态解算算法、飞行控制算法等方面的合理性和可靠性。一是成本过高，实验初期往往由于各种原因造成样机损坏，增加研发成本；二是容易发生安全事故，研发初期，样机的性能往往很不稳定，容易不受控制发生坠机事故，可能造成人身威胁；三是真机实验中若出现样机损坏故障等情况，会花费较多时间对样机进行软硬件调试，修理等，延长研发时间。通过实验平台可初步验证姿态解算、控制算法的正确性，出现问题也能快速调整参数，而且不会出现坠机等安全事故。与纯数值仿真相比，实验平台更直观和真实。

作为通过控制围绕质心的姿态转动，来间接控制飞行器的平动运动的飞行器，多旋翼无人机相对于惯性系围绕质心的俯仰、横滚、偏航的三维空间转动由欧拉方程决定，相对于惯性系的的三维空间平动由牛顿第二定律决定。

姿态算法验证系统可以用于记录飞行器的不同飞行姿态信息，配合飞控系统中的每个通道电机控制输出量以及电机控制-转速曲线，可以对力矩方程进行验证，采集并分析俯仰与横滚的飞行器控制力矩与机体角速度的控制响应曲线，同时可以安全可靠的调节飞控系统的PID各个参数，并记录各通道在欠阻尼、最佳参数以及过阻尼状态下的飞行器实际反馈状态。

步骤

安装设备

首先打开设备两扇门，将要调试的飞机放在旁边备用。将箱体内飞机架上的碟型螺母拧松，如下图所示

拧松以后就能够调节两根型材杆的距离，根据您需要使用的飞机的大小来调节，如下图所示

注意：调节型材后尽量保持两根型材到中心的距离相同。

然后将飞机架在型材架上用箱体内的绑带绑紧，如下图所示

如果飞机绑上之后中间框架不能保持水平，这时候需要移动下飞机，虽然飞机被绑带绑住但是还是能移动的，移动飞机让中间框架保持水平，直到静止不动。

飞机放置好以后将飞机上电，检查飞机电路连接无误，设备调节水平，门关闭。一切正常即可将设备上电。将电源线插入设备背后的三芯AC电源座内然后接到电源插座上。打开设备，点击设备的LCD显示屏的清零按钮，将角度清零

将USB线一端接到设备背后的USB接口，另一端接到电脑的USB接口。

测量数据

打开工控机上对应的软件（无人机实验室调姿系统/地面站）：

点击调姿平台，进入姿态波形显示界面：

连接调姿平台并勾选平台rol、pit、yaw按钮，手动调整调姿平台三轴角度，波形显示界面会实时显示飞控三轴波形：

连接飞控并勾选飞机rol、pit、yaw按钮，遥控器油门按钮拨到右下解锁，控制飞机飞行做出各种姿态，波形显示界面会实时显示飞控三轴波形：

数据分析

点击暂停按钮，将波形图切换到暂停绘制状态，在波形图上拖动鼠标查看更多波形数据，滚动滚轮缩放波形数据，双击鼠标左键查看所有波形数据，双击鼠标右键调整Y轴数据全部显示，单击坐标轴后滚动滚轮对单一轴缩放

根据三轴数据对飞机的PID进行调节，使P足够大，保证飞机反应灵敏，D的大小也要合适，保证飞机在足够灵敏的情况下，调节平稳，不会产生巨大的震荡，最后调节I确定飞机精度。

总结

在测量过程中，可以看到飞机带动固定架的运动，传感器采集数据，经过运算反映在屏幕上，形成直观可见波形，方便对飞机的调节。

更多交流欢迎关注作者抖音号：81849645041