基于风力摆控制系统的双闭环pid控制

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1、基于风力摆控制系统的双闭环PID控制摘要：该文借鉴四轴飞行器的双闭环PID控制算法，解决2015年全国大学生电子设计竞赛B题“风力摆控制系统”。在PID控制器中，运用姿态解算出的欧拉角作为反馈量，角度作为外环，角速度作为内环。再根据X字飞行模式油门输出公式，将双闭环PID控制器的输出融合到电机上，输出油门实现姿态控制。实验结果表明，风力摆控制系统运用双闭环PID控制效果卓越，不仅抗干扰能力强，而且反应迅速。本文采集自网络，本站不保证该信息的准确性、真实性、完整性等，仅供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除己转载的信

2、息。关键词：双闭环PID;姿态解算；X字飞行模式；风力摆中图分类号：TP311文献标识码.•A文章编号：1009-3044(2016)30-0253-03DoubleClosedLoopsPIDControlBasedonWindSwingControlSystemXUGuan-yul,2,ZHOUYe-fanl,2,HUANGChong-pengl(1.WuxiInstituteofTechnology,Wuxi214121，China；2.JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abstract：Thispaperdrawsonthef

3、ouraxisaircraftdouble2015NationalCollegeStudentElectronicDesignContest"windswingcontrolsystem".InthePIDcontroller,theEulerangleiscalculatedbytheattitudesolutionasthefeedback,theangleastheouterloop,theangularvelocityastheinnerloop.ThenaccordingtotheXwordflightmodethrottleoutputformula,theoutpu

4、tofthedoubleclosedloopsPIDcontrollerisfusedtothemotor,theoutputthrottletoachieveattitudecontrol.ExperimentalresultsshowthatthewindswingcontrolsystemwithdoubleclosedloopsPIDcontroleffectofexcellencehavenotonlyanti-interferenceabilitybutalsorapidresponse.Keywords：doubleclosedloopsPID；attitudeca

5、lculation；Xflightmode；windpendulum2015年全??大学生电子设计竞赛B题是“风力摆控制系统”，题目耍求风力摆上的激光笔能画出指定图形。由于风力摆控制系统的传感器、执行器与四轴飞行器十分类似，故借鉴四轴飞行器［1］，将双闭环PID控制算法运用到风力摆控制系统上。1风力摆控制系统简述1.1机械机构如图1所示，本系统由支架、万向节、细管、风力摆、单片机五部分构成。系统采用单臂梁结构，悬挂臂固定一个万向节。细管上方相连万向节，细管下方连接风力摆，细管自然状态下垂直向下。单片机放置于支架上。1.2风力摆结构及选型风力摆巾风机组、加速度陀螺仪传感器、激光笔、

6、支架构成。如图2所示，支架上风机组由4个直流风机构成，呈十字型分布，并且螺旋桨产生的风向内吹，形成起摆动力。加速度陀螺仪传感器放置在支架平面上，能很好地检测运动状态，与直流风机呈X字型分布。激光笔安装在支架下方垂直向下。2PID控制2.1姿态解算使用欧拉角来表征风力摆在空间中的姿态，可由加速度陀螺仪传感器解算所得。在本系统中，由于风力摆同定在万向节下的细杆上，故不会产生自旋的现象，即不会产生Z轴上的角度，无需考虑偏航角，仅考虑滚转角、俯仰角即可［2］。2.2双闭环PID控制当风力摆正常运行时，突遇外力干扰（如题述台扇吹风），使加速度传感器采集数据失真，造成姿态解算出来的欧拉角错误

7、。如果只用角度单闭环控制，很难使系统稳定运行，因此可以加入角速度作为内环，角速度巾陀螺仪采集，采集值一般不受外界影响，抗干扰能力强，且角速度变化灵敏，当受外界干扰时，回复迅速。风力摆控制系统的双闭环PID控制，欧拉角作为反馈景，角度作为外环，角速度作为内环，外环输出作为内环输入，经积分限幅、输出限幅得到PID输出，并输出到油门，实现姿态控制。其中，油门值即输入电子调速器的PWM波占空比，用于修正风机组各个电机的转速，达到预期的滚转角、俯仰角。巾位置式数字PII)计算公式［3］，可