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农用小型多轴无人机飞行高度低,易受地面气流的干扰,且允许姿态纠正的时间很短。因此,农用多轴无人机对姿态数据的实时性和准确度要求很高。本文通过理论分析,对比不同算法,重点针对农用无人机姿态解算方法进行研究,以期提高姿态解算结果的实时性和准确度。研究过程中四轴无人机试验样机采用X型结构,设计了姿态解算系统;根据四轴无人机结构,忽略了空气阻力,近似求得部分结构参数,建立了四轴无人机动力学模型;为了方便在实验室内进行飞行试验,设计了一种可约束飞行器运动范围的多自由度测试台架。该多自由度测试台架在5个自由度上为无人机预留了姿态调整区间。姿态解算过程中,将四轴无人机安装到多自由度测试台架上,实测了加速度计、磁力计、陀螺仪的信号特点。根据上述三种姿态传感器的信号特点,对比分析了互补滤波、改进型互补滤波、基于加权滑动滤波方差的卡尔曼滤波等算法,提出了一种基于前置卡尔曼滤波器的互补融合姿态解算方法。对于姿态控制,本文结合四轴无人机的力学模型,对比分析了PID控制算法和FUZZY-PID控制算法,设计了PID串联FUZZY-PID的姿态控制方案。实验结果显示,系统时钟为72MHz时,本文所提出的姿态解算算法运行周期比基于加权滑动滤波方差的卡尔曼滤波等算法短了0.246ms,姿态解算误差减少了2°;姿态更新时间比改进型互补滤波融合算法提前约了1ms;表明本文所提出的姿态解算算法同时具备互补滤器误差小,卡尔曼滤波器实时性强的优点。控制系统仿真结果显示PID串联FUZZY-PID的姿态控制方案的调节时间不到0.2s,超调量不到7%。表明PID串联FUZZY-PID的姿态控制方案优于PID和单FUZZY-PID控制。