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《四旋翼飛行器的動力學(xué)建模及PID控制》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、萬方數(shù)據(jù)第31卷第1期遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2012年2月V01．31No．1JournalofLiaoningTechnicalUniversity(NaturalScience)Feb．2012文章編號：1008-0562(2012)01-0114-04四旋翼飛行器的動力學(xué)建模及PID控制李俊，李運(yùn)堂(中國計量學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江杭州310018)摘要：為了解決四旋翼飛行器的飛行控制問題，對四旋翼飛行器進(jìn)行了動力學(xué)建模，并在動力學(xué)建模的基礎(chǔ)上設(shè)計了PID控制器．通過Matlab／Simulink仿真和飛行試驗對所設(shè)計的PID控制器的有效性進(jìn)行了驗證，仿真結(jié)果表明：在所設(shè)定
2、的PID參數(shù)卜．，控制器可以有效地完成四旋翼飛行器的自穩(wěn)定控制．飛行試驗結(jié)果表明：PID控制器可以有效地校正由于雜亂氣流等擾動造成飛行角偏移．該成果對四旋翼飛行器的自穩(wěn)定控制具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義．關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器：數(shù)學(xué)模型；PID控制；Matlab；動力學(xué)分析；自穩(wěn)定控制：仿真；飛行試驗中圖分類號：TP13文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AModelingandPIDcontrOlforaquadrotorLIJun，LIYuntang(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，ChinaJiliangUniversity,Hangzhou310018
3、，China)Abstract：Inordertosolvetheflyingcontrolproblemassociatedwithaquadrotor,adynamicmodelonquadrotorwasdevelopedinthisstudy．Basedonthemodeldeveloped，aPIDcontrollerWaSdesigned．Also，theeffectivenessofthePIDcontrollerwastestedbyMatlab／Simulinksimulationandflyingtest．Thesimulationresultdemonstratest
4、hatthePIDcontrollerisabletorobustlystabilizethequadrotorhelicopterwiⅡlgivenPIDparameters．TheflyingtestshowsthatthePIDcontrollerCalleffectivelyadjustthedeviationofflyinganglecausedbyrandomairflow．Theoutcomefromthisstudyprovidesasignificantreferenceforaquadrotor’Sself-stabilitycontr01．Keywords：quadr
5、otor；modeling；PIDcontrol；Matlab；dynamicanalysis；self-stabilitycontrol；Simulink；flyingtest引言近年來，四旋翼飛行器逐漸成為航空學(xué)術(shù)研究中新的前沿和熱點．四旋翼飛行器是一種能實現(xiàn)垂直起降的非共軸式多旋翼飛行器【IJ，可以只通過調(diào)節(jié)蝶形分布的四個旋翼的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對四旋翼飛行器飛行姿態(tài)的控制．由于不需要尾翼，四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)更加緊湊，四個旋翼的提升力比單旋翼更加均勻，因而飛行姿態(tài)更加穩(wěn)定．另外，四旋翼飛行器還具有起飛要求低、可懸停等特點12J．飛行控制是四旋翼飛行器控制中的關(guān)鍵技術(shù)．澳大利亞臥龍崗大學(xué)的Mck
6、errow對四旋翼飛行器進(jìn)行了精確建模．美國斯坦福大學(xué)的GabeHoffinan等人研發(fā)出了基于非線性控制律的飛行控制器，國防科技大學(xué)王俊生等設(shè)計了基于FSMC的飛行控制方法‘3棚．目前研究多集中在非線性控制領(lǐng)域，由于非線性控制對模型準(zhǔn)確性有較強(qiáng)的依賴，在模型誤差存在的條件下，PID控制更加實用．本文在四旋翼飛行器動力學(xué)建模的基礎(chǔ)上設(shè)計了PID控制器．1動力學(xué)模型的建立為了獲得四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型，首先建立兩個基本坐標(biāo)系：慣性坐標(biāo)系e(oxrz)和飛行器坐標(biāo)系B(oxyz)，見圖1．圖1中，分別定義歐拉角如下：偏航角妒：Ox在OXY平面的投影與X軸夾角；俯仰角0：Oz在OXZ平面的投影與
7、Z軸夾角；翻滾角咖：仍在OYZ平面的投影與y軸夾角．飛行器坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為收稿日期：2011-05-05基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(50905171)作者簡介：李俊(1986．)，男，山東泰安人，碩士研究生，主要從事四旋翼飛行囂方面的研究．本文編校：曾繁慧萬方數(shù)據(jù)第l期李俊，等：四旋翼飛行器的動力學(xué)建模及PID控制115圖l四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)模型Fig．1structuremodelofthequa
