模糊自整定PID在四旋翼飛行器姿態(tài)控制中的應(yīng)用.pdf

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1、2015年第6期工業(yè)儀表與自動化裝置·23·模糊自整定PID在四旋翼飛行器姿態(tài)控制中的應(yīng)用梁雪慧，閆粉粉，邵曉龍(1．天津理工大學(xué)自動化學(xué)院，天津300384；2．天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津300191)摘要：四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)簡單以及對飛行環(huán)境要求低的優(yōu)勢，使其應(yīng)用極其廣泛。四旋翼飛行器的姿態(tài)控制是決定飛行性能的關(guān)鍵，目前，應(yīng)用較成熟的控制方法仍為PID控制，但是四旋翼飛行器的姿態(tài)之間存在非線性的耦合，使得控制參數(shù)整定有難度，PID控制器對其姿態(tài)的調(diào)整會出現(xiàn)較大的超調(diào)量，或者較長的調(diào)節(jié)時間。該文綜合了模糊控制和PID控制各自優(yōu)勢，設(shè)計了模糊自整

2、定PID控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的自整定。仿真結(jié)果顯示，所設(shè)計的控制器能夠有效抑制系統(tǒng)超調(diào)量，提高響應(yīng)速度。關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器；PID控制；模糊自整定PID中圖分類號：TP13文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1000—0682(2015)06—0023—03Anapplicationofafuzzyself--tuningPIDinquadrotoraerocraftattitudecontrolLIANGXuehui，YANFenfen，SHAOXiaolong。(1．SchoolofElectricalEngineering，TianfinUniversi

3、tyofTechnology，Tianfin300384，China；2．TianjinAcademyofEnvironmentalSciences，Tianjin300191，China)Abstract：Quadrotoraerocraftintheadvantagesofsimplestructureandlowenvironmentalrequire—mentsforflying，makeitsapplicationwidely．Theattitudecontrolofaquadrotoraerocraftisthekeytoguarante

4、eitsflightperformance．AlthoughthePIDcontrolmethodremainstobeusedwildly，ittendstoappearlargesystemovershoot，orlongregulationtimebecauseofquadrotoraerocraft’Snonlinearitywhichenhancesthedificultytoadjustthecontrolparameters．Astothenonlineardynamicmodelofaquadro-tor，afuzzyself—tun

5、ingPIDcontrollerisdesigned．ThecontrollereffectivelyutilizestheadvantagesofbothfuzzycontrolandPIDcontrol，andregulatescontrolparametersinrealtime．Thesimulationresultsshowthatthecontrollercaneffectivelysuppresstheovershootandcutdowntheresponsetime．Keywords：quadrotoraerocraft；PIDco

6、ntrol；fuzzyself—tuningPID作為載彈攻擊的載體；在民用領(lǐng)域，可用于航拍視0引言頻、森林防火、地震搜救等。四旋翼飛行器有4個控?zé)o人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制輸入，通過4個電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變引起旋翼轉(zhuǎn)速的制裝置的不載人飛機(jī)。無人機(jī)可以在空中完成復(fù)雜改變，從而產(chǎn)生不同的升力，得到飛行器6個姿態(tài)的的飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)。四旋翼飛行器是無人輸出，是一個非線性欠驅(qū)動系統(tǒng)。四旋翼飛行器的機(jī)種類之一。四旋翼飛行器是將飛行設(shè)備固定在十姿態(tài)變化引起其位置的改變，姿態(tài)控制對其飛行性字交叉剛性結(jié)構(gòu)上，其結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)懸停、垂能十分重要。直

7、起降以及在近地面的慢速飛行，在軍事和民用領(lǐng)1四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型域的應(yīng)用都很廣泛。軍事上可用于軍事偵察，亦可四旋翼飛行器的模型分析基于2個基本坐標(biāo)收稿日期：2015—03—31系，地面坐標(biāo)系E(OXYZ)和機(jī)體坐標(biāo)系日(oxyz)，基金項目：天津市科技特派員項目(14JCTPJC00510)；天津市科如圖l所示。技計劃資助項目(13ZCZDGX03800)飛行器在空間有6個姿態(tài)輸出，其質(zhì)心沿地面作者簡介：梁雪慧(1970)，女，河北省藁城市人，副教授，主要研究領(lǐng)域為先進(jìn)控制理論。坐標(biāo)移動產(chǎn)生3個線運(yùn)動；繞機(jī)體坐標(biāo)產(chǎn)生3個轉(zhuǎn)·24·工業(yè)儀表與自動化裝

8、置2015年第6期動角度，即偏航角、俯仰角、翻滾角。機(jī)體坐標(biāo)系繞F4軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏航角，轉(zhuǎn)換為中間坐標(biāo)系R；然