四旋翼飛行器模糊PID姿態(tài)控制

《四旋翼飛行器模糊PID姿態(tài)控制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、萬方數(shù)據第31卷第8期計算機仿真2014年8月===============================================：=====：：==：：：：=：：文章編號：1006—9348(2014)08一0073一05四旋翼飛行器模糊Pm姿態(tài)控制張鐳，李浩(河南大學物理與電子學院，河南開封475004)摘要：在四旋翼飛行器控制姿態(tài)優(yōu)化問題的研究中，為更好的實現(xiàn)對四旋翼飛行器的姿態(tài)控制，在MatIab環(huán)境下利用6一DOF運動方程模塊搭建了四旋翼飛行器的非線性模型。選取四旋翼飛行器的姿態(tài)角作為控制對象，借助Ma

2、tlab模糊工具箱設計了模糊PID控制器并依據專家經驗編輯了相應的模糊規(guī)則；同時設計了常規(guī)PID控制器并選取了最佳的PID控制參數(shù)，對兩種控制器控制下的四旋翼飛行器姿態(tài)進行了相同條件下的Madab仿真。仿真結果表明，模糊PID控制器相比常規(guī)PID控制器具有更優(yōu)良的動態(tài)性能及魯棒性。對實際四旋翼飛行器的姿態(tài)控制具有一定的指導意義。關鍵詞：四旋翼飛行器；姿態(tài)控制；仿真中圈分類號：1鵑91．9文獻標識碼：BAtti由udeContr010fFour—R0torAircrafltviaF眥zy咖ZHANGLei．UHao(Coll

3、egeofPhysics鋤dElectmnics，He咖UIIiversity，Hen明K抵ng475004，China)ABSIIRACT：Inordertoachievereliableattitudec∞troloftlIefollr—rotorair；c獻。weusedtIle6一DOFmotione-quationmodIlletoconstnlctmenon—hnearmodeloftllefour—mtoraircraftundertlleenViro砌entofMadabintllisp8per．wech0

4、Setllea技i￡udeoftllefour—lUtor鸛controlp&隨meter，d皓i印edtllefIlzzyPIDcontroUer誦tIltllehelpofMaⅡabfuzzyt00lbox明dalsoeditedtllefhzzymlesrelyonexper￡，sexperience．Me鋤while，Wedesi印edt}Iecon—ventionPIDcon餉Uer硒tht}Iebestpa蹦neters，鋤demployedManabsimlllati佃￡o豫alizetlleaniludec

5、蚴tldsimu—lation誡tht11istwokindsofcontmUe璐oftllefoIlr—mtoraircrm．Theresultof山esimlllationshawstllat，thef池zyPIDcon協(xié))uerh鵲moreexceUentdyll鋤icpmpertyandrob峭messcomparedwit}lt}IeconVentionPIDcont陽Her．KEYWORDS：Follr—rotoraircmft；AnitudecontIDl；Simulation1引言近年來，四旋翼飛行器因其具

6、有垂直起降、可攜帶負載、方便控制的特點而獲得研究人員越來越多的關注。由于這些特點的存在，四旋翼飛行器廣泛應用于眾多領域比如：監(jiān)控安保、搜尋營救、檢測探索等等?。但是四旋翼飛行器具有六個自由度卻僅由位于十字形交叉結構末端的四個旋翼產生驅動力，是一種欠驅動、強耦合、多變量、非線性的復雜系統(tǒng)舊J。因此實現(xiàn)其閉環(huán)穩(wěn)定控制是目前面臨的主要困難。四旋翼飛行器的控制主要包括姿態(tài)控制和位置控制，由于位置的改變是由于姿態(tài)的變化而引起的。因此控制四旋翼飛行器的姿態(tài)是最為重要的。為了實現(xiàn)對四旋翼飛行器的姿態(tài)控制，通常情況下人們采用的是比較成熟的

7、PID控制器。PID控制器具有原理簡單、算法成熟、控制參數(shù)相互獨收稿日期：2013一12—29立、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但它基于系統(tǒng)精確模型設計，當系統(tǒng)內部結構或者外部環(huán)境發(fā)生變化時，容易導致控制對象和模型失配，且其控制參數(shù)固定，抗擾動性和適應性差，難以控制非線性、不確定的復雜系統(tǒng)pJ。而本文提到的模糊PID控制器為非線性控制器【4J，它既保持了模糊控制算法不依賴精確模型、控制靈活快速的優(yōu)點，又結合了PID控制算法靜態(tài)誤差小的優(yōu)勢，二者互補，能對非線性復雜系統(tǒng)實現(xiàn)良好的控制。2四旋翼飛行器非線性數(shù)學模型四旋翼飛行器為十字形對稱結

8、構，其物理結構圖如圖l所示：將四翼飛行器視為具有六個自由度的剛體，其運動方程可依據牛頓一歐拉方程建立。考慮了四旋翼飛行器在運動過程中旋翼的回轉效應，由文獻[5]得到四旋翼飛行器最終的非線性數(shù)學模型如下：一73—萬方數(shù)據p-俯仰角；乒橫滾角；妒偏航角；n，乃，乃，乃·四個旋翼產生的升力圖1四旋翼飛行器結構